[技術(shù)前沿]光子芯片全球首創(chuàng)
光子芯片，全球首創(chuàng)
悉尼大學(xué)的研究人員將光子濾波器和調(diào)制器組合在單個芯片上，使他們能夠精確檢測寬頻帶射頻 (RF) 頻譜的信號。這項工作使光子芯片距離取代光纖網(wǎng)絡(luò)中體積更大、更復(fù)雜的電子射頻芯片的日子又近了一步。
悉尼團隊利用受激布里淵散射（Brillouin scattering）技術(shù)，該技術(shù)涉及在某些絕緣體（例如光纖）中將電場轉(zhuǎn)換為壓力波。2011年，研究人員報告稱，布里淵散射具有高分辨率濾波的潛力，并開發(fā)了新的制造技術(shù)，將硫族化物布里淵波導(dǎo)結(jié)合到硅芯片上。2023年，他們成功地將光子濾波器和調(diào)制器結(jié)合在同一類型的芯片上。該團隊在11月20日發(fā)表在《自然通訊》上的一篇論文中報告稱，這種組合使實驗芯片的光譜分辨率達到37兆赫茲，并且?guī)挶纫郧暗男酒鼘挕?br/>
荷蘭特溫特大學(xué)的納米光子學(xué)研究員David Marpaung表示：“調(diào)制器與有源波導(dǎo)的集成是這里的關(guān)鍵突破?！?Marpaung十年前與悉尼小組合作，現(xiàn)在領(lǐng)導(dǎo)自己的研究小組，該小組正在采取不同的方法，尋求在微型封裝中實現(xiàn)寬帶、高分辨率光子無線電靈敏度。Marpaung表示，當(dāng)有人在100GHz頻段達到低于10MHz的光譜分辨率時，他們將能夠取代市場上體積較大的電子RF芯片。此類芯片的另一個優(yōu)點是它們可以將射頻信號轉(zhuǎn)換為光信號，以便順利獲得光纖網(wǎng)絡(luò)直接傳輸。這場競賽的獲勝者將能夠進入電信給予商和國防制造商的巨大市場，他們需要能夠可靠地在復(fù)雜的射頻 (RF) 環(huán)境中導(dǎo)航的無線電接收器。
“硫?qū)倩锞哂蟹浅姷牟祭餃Y效應(yīng)；它非常好，但仍然存在一個問題，即它是否可擴展……它仍然被視為實驗室材料，”Marpaung說。悉尼小組必須找到一種新方法，將5毫米見方封裝的硫族化物波導(dǎo)安裝到標(biāo)準(zhǔn)制造的硅芯片中，這并非易事。2017年，該小組找到了如何將硫族化物組合到硅輸入/輸出環(huán)上，但直到今年才有人用標(biāo)準(zhǔn)芯片來管理這種組合。
其他研究小組正在研究可能也給予類似性能的不同材料。例如，鈮酸鋰比硅具有更好的調(diào)制器特性，Marpaung在仍在接受同行評審的工作中表明，鈮酸鋰可以順利獲得布里淵散射給予類似的高分辨率濾波。耶魯大學(xué)Peter Rakic領(lǐng)導(dǎo)的另一個研究小組去年表明，純硅波導(dǎo)和芯片組合可以在6 GHz頻譜帶上實現(xiàn)2.7 MHz濾波。這項工作沒有集成調(diào)制器，但它暗示了一種可能更簡單、涉及更少材料的制造路徑。
也就是說，悉尼團隊的方法可能需要比硅更好的聲學(xué)性能。研究人員分析布里淵效應(yīng)已有100多年的歷史，但近幾十年來又重新引起了人們的興趣。過去，研究人員使用它在重新傳輸之前將信息存儲在光脈沖中，這種技巧可以避免將光轉(zhuǎn)換為電并再次轉(zhuǎn)換回來的需要。
當(dāng)然，集成光子芯片的夢想有許多活動部件。悉尼研究人員寫道，其他人制造的調(diào)制器正在快速改進，這也將有助于他們的技術(shù)。相關(guān)技術(shù)的其他進步可能有利于其他一些致力于集成光子芯片的團隊。“如果你解決了集成問題、性能問題和實用性，你就會取得市場認(rèn)可，”Marpaung說。
原文鏈接：http://spectrum.ieee.org/photonic-chip
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