美国国家标准技术研究院（NIST）和马里兰大学研究人员展示了使用新推出的微芯片技术将不可见的近红外激光转换为多种可见颜色的能力。  在集成微芯片上生成红色，黄色和绿色激光以及其他颜色的方法，支持实施确保精确计时并进行量子信息科学所必需的技术。

 这些科学和技术领域通常依赖于原子和/或固态系统，该系统由以精确和特定波长传输的可见激光驱动。

由NIST的西苑路（Xiyuan Lu）领导的团队使用了一种称为三阶参量振荡（OPO）的过程，将近红外的入射光转换为两个不同的频率。OPO需要非线性光学材料来执行光转换。所产生的频率之一高于入射光的频率，这意味着它存在于可见光范围内，而另一个频率较低，从而更深入红外。

 尽管OPO在大型仪器中可以有效地产生特定的，不同颜色的光，但NIST领导的研究成功地将这种效果应用于了在微芯片上产生可见光波长的能力，该微芯片是一种能够大量生产和应用的设备。

 研究人员通过将近红外光引入在硅芯片上制造的微谐振器中，从而使他们的OPO方法小型化。 一旦进入谐振器，光便在散发之前循环了5000次，产生的强度足以进入非线性范围，在该范围内，光被转换为两个不同的输出频率。

在测试该方法时，该团队在每个微芯片上制造了数十个具有独特几何形状的纳米光子微谐振器。该策略旨在产生多种颜色，最终使单个近红外激光自身能够产生多种特定的可见光和红外颜色。

研究人员说，用于测试的输入泵浦激光器的波长变化很小，尽管变化很小。尽管激光的工作波长范围很窄，但可见光的颜色范围为560至760 nm（绿色至红色）。红外波长范围为800至1200 nm。

 一系列纳米光子谐振器的几何形状略有不同，它们从同一近红外泵浦激光器产生不同颜色的可见光。由NIST提供。

通过调节微谐振器的尺寸，该方法能够进入任何波长。与需要台式激光器的系统相比，除了小规模的结构外，新方法还避免了对不同半导体材料的需求。

 除了量子通信和计算应用之外，这项工作还表明了将激光器与光学电路集成的可能性，这项研究在医学和国防领域以及工业制造中具有重要的价值。 目前正在进行开发高度紧凑的原子光学系统技术的工作，该技术可在低功率下运行，使它们在实验室环境之外具有功能。在电信中使用紧凑的高性能近红外高性能激光器的情况下，在可见光波长下实现类似或等效的性能已经给科学家带来了挑战。

尽管克服这一障碍的方法使用了多种半导体材料来制造激光器，但NIST和马里兰大学的团队专注于  氮化硅 。  该材料对光具有非线性响应。 如果入射光的强度足够高，则系统中已经存在的光的颜色将不一定与入射光的颜色匹配，因为相互作用的电子会以不同于入射光的颜色重新辐射该光。

 这种效果与从镜子反射并通过透镜折射的光形成对比。在这种情况下，光的颜色保持不变。

研究人员将这种非线性光学技术与成熟的近红外激光技术相结合，创造出可用于各种应用的新型片上光源。这项工作是NIST“芯片上的NIST”计划的一部分，该计划旨在使NIST的现有测量技术小型化，并鼓励将其直接分发给工业，医学，国防和学术界的用户。