物理组成

光脑是由光导纤维与各种光学元件制成的计算机。它不像普通电脑靠电子在线路中的流动来处理信息，而是靠一小束低功率激光进入由反射镜和透镜组成的光回路来进行“思维”的，但同样具有存储、运算和控制等功能。

计算机的“本领”大小，主要决定于两个因素：一是计算机部件的运行速度；二是它们的排列紧密程度。从这两方面看，光比电优越得多。光子是宇宙中速度最快的东西，每秒达30万公里。电子就不行，它在半导体内的运动速度约每秒60—500公里，最快也不到光速的十分之一。另外，超大型集成电路中，一些片状器件的线脚已达300多只，排列密度受到限制。而光束可以相互穿越，互不干扰，这使得科学家能够在极小的空间内开辟很多的信息通道。例如，贝尔实验室的光学转换器就可以做得很小，以致在不到2毫米直径的器件中，可装入2000多个通道。

从理论上讲，光脑的运算速度比现代的电脑还要快上千倍；其次，光脑器件还有信息量大的优点，一束光可以同时传送数以千计的通道的信息。然而，光脑的制造在理论上和技术上还有许多问题没有解决。作为第一步，科学家利用光脑驱动能量小的特点，把电子转换器同光结合起来，制造一种光与电“杂交”的计算机。

关于光脑,人们对它也许还很陌生,但制造光脑的尝试,科学界早在上个世纪50年代就开始了,直到80年代后期可以说才有了决定意义的突破.上世纪90年代中期,世界上第一台光脑已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的70多位不同国籍的科学家研制成功.

电气优越性

无需散热

光脑

多数人对电脑的深入原理并没有太深了解，但是当家里的电脑使用时间比较长，或者天气较热的情况 下，机箱中往往就会传来刺耳的噪音。其实让你感到刺耳的噪音也同样在烦恼着计算机科学家们。因为在电脑中，计算机速度越快、效率越高，热量产生越大。高温会阻碍电子元件的工作效率，所以热量的问题就成为“电”脑速度提高的一个无法逾越的障碍。

“光”是解决这个问题的好办法。首先光是冷的，如果在电脑里用“光”而不是电来传递信息，那么散热的问题就会迎刃而解。同时，使用过宽带上网的人也有体会，接入光纤的宽带远远比接入其他线路的宽带速度要1快得多，这也是因为光的速度可以达到每秒钟30万公里，远远比电快。如果使用的是光脑，那么本身就会比电脑快上许多倍。

在我们今天使用的电脑不同，流通在电路中的是“电”，通过元件对电流“开”和“关”的控制来表达复杂的信息。而在光脑中取而代之的则是用光来传递信号，光的“明”和“暗”则可以代表信息的传递。当然，首先你必须使得芯片可以发光，而芯片所采用的材料主要是硅，所以科学家们需要得到的是一束硅激光。

更小的计算机

日常生活的经验告诉我们，当几束不同颜色的光相遇时，能够相安无事、互不干扰的穿越，这样不同频率的光就可以携带不同的信息在同一条光纤通道中穿过，而电则不行。因此如果我们的“电”脑能够变成光脑，那么当我们同时打开许多窗口玩游戏、听音乐和聊天的时候，甚至让一台计算机同时肩负多种复杂工作的时候，也不会有急剧的速度变慢现象了。

对于计算机来说，越快代表越聪明，低散热问题，就意味着可以更小。因此，当用上光脑之后，我们才有可能将整个房屋的全部事务委托给一台小盒子那么大的计算机控制，而不是像现在使用穿衣柜一样的一排计算机来管理。我们可能会使用科幻片中带着极高速度自动行驶的汽车来缓解城市交通的压力，而实际控制的也许是个比手掌大不了多少的计算机。

与叫了几十年的“电脑”相比，“光脑”似乎更时髦，而且充满着科幻色彩。试想，计算机如果以光子传 递信息，即使光线相交也互不影响，而速度却至少提高三个数量级，突破电子逻辑门开关的速度极限。那时，我们再也没有金属导线的高延迟，没有令人头疼的高发热量，计算机更小更快、传输信息量更大……诸多优越性背后的技术支撑是硅光电子学。

英特尔将硅光电子学作为其战略性技术开展研究，并多次公开发表最新研究成果。2008年年底，英特尔在《自然》上发表了在光电探测器方面的新突破，让“光脑”再激千层浪，我们多久可以拥有它，五年、十年还是更久？一时间，“光脑”话题再度升温。尽管完全“光脑”还不可行，但作为第一步，我们已经看到科学家把电子转换器同光结合起来，制造出光与电混合的新一代计算机的曙光。

硅光子学唤起了太多人的热情。硅光子学既是半导体光子学中的新兴研究课题，也在发展中逐渐成为物理学、材料学、计算科学、通信学等多学科综合的一门交叉学科。硅光电子学专门研究在硅及硅基异质结材料中的光子行为和规律，并且非常注重硅光子器件。成熟的硅工艺为硅光子学提供了坚实的技术支持，加速了硅光子学的形成和发展。