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光電子芯片技術(shù)為未來數(shù)字技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)

來源:科技日報2020-03-30 我要評論(0 )   

3月20日,中國激光雜志社公布了“2019年度中國光學(xué)十大進(jìn)展”,量子秘鑰分發(fā)、光子芯片、智能激光器、全色激光顯示等20項重大光學(xué)科技成果入選(基礎(chǔ)研究類與應(yīng)用研究類...

3月20日,中國激光雜志社公布了“2019年度中國光學(xué)十大進(jìn)展”,量子秘鑰分發(fā)、光子芯片、智能激光器、全色激光顯示等20項重大光學(xué)科技成果入選(基礎(chǔ)研究類與應(yīng)用研究類各10項)。其中,哈工大(深圳)徐科、宋清海課題組牽頭完成的“可密集集成和任意路由的模分復(fù)用光子芯片”入選應(yīng)用研究類十大進(jìn)展。這是一項前瞻性的研究,主要解決了光電子芯片的數(shù)據(jù)容量和芯片尺寸問題,為未來的數(shù)字技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

基于 “二維碼”結(jié)構(gòu)的片上彎曲波導(dǎo)和交叉器件

“可密集集成和任意路由的模分復(fù)用光子芯片”成果發(fā)表在《自然·通訊》上。哈工大(深圳)博士研究生劉英杰為論文第一作者,徐科副教授、宋清海教授、姚勇教授和上海交大杜江兵副研究員為共同通訊作者,哈工大(深圳)為第一單位和通訊單位。

徐科副教授介紹,光電子芯片是高速通信系統(tǒng)的關(guān)鍵收發(fā)器件,在數(shù)據(jù)中心、5G、超級計算機(jī)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。

基于 “二維碼”結(jié)構(gòu)的片上彎曲波導(dǎo)和交叉器件

為什么光電子芯片會被“委以重任”?徐科解釋道:“現(xiàn)在大數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求非常高,而且持續(xù)快速增長,需要光通信網(wǎng)絡(luò)作為支撐。光纖作為傳輸介質(zhì)容量很大,但是到了數(shù)據(jù)中心或者終端,轉(zhuǎn)換成電就遇到瓶頸了。光電子芯片一個很重要的應(yīng)用就是在這個地方進(jìn)行高速、大容量的光電轉(zhuǎn)換,將傳輸光纖中的光信號轉(zhuǎn)換成服務(wù)器、處理器能接收的電信號。”

光電子芯片是將多個元器件高度集成的,具有尺寸小、功耗低的優(yōu)點(diǎn),但它同時也有“軟肋”——芯片上的多模光波導(dǎo)容易受到串?dāng)_和損耗的限制,很難做到緊湊、密集,從而導(dǎo)致芯片的集成度不夠,數(shù)據(jù)通道數(shù)上不去,研究成果就是解決了這個問題。

課題組及科研合作團(tuán)隊基于一種“二維碼”光子結(jié)構(gòu)和優(yōu)化算法,通過對波導(dǎo)有效折射率的精準(zhǔn)調(diào)控,設(shè)計并制備了片上基于模分復(fù)用的關(guān)鍵功能性器件。模分復(fù)用是一種面向未來大通量并行信號處理與傳輸?shù)男录夹g(shù),但一直受到串?dāng)_和損耗的困擾,導(dǎo)致芯片集成規(guī)模受限。研究人員通過“二維碼”新型光子結(jié)構(gòu)和優(yōu)化算法成功解決了這一問題,實現(xiàn)了尺寸僅為數(shù)微米的關(guān)鍵元件,比傳統(tǒng)器件縮小了一個數(shù)量級,器件制作與標(biāo)準(zhǔn)硅光流片工藝完全兼容。這一突破使得光電子芯片的布線密度和集成規(guī)模得到了顯著提升,支持更大的芯片帶寬。

“我們的工作就是要解決模分復(fù)用芯片的布線過程中損耗高、串?dāng)_大導(dǎo)致芯片集成密度和規(guī)模受限的問題。解決了該問題,更大規(guī)模集成的模分復(fù)用芯片就成為可能了,也意味著芯片的數(shù)據(jù)容量可以得以顯著提升?!毙炜普f。

那么,這項成果什么時候才能影響到我們的生活呢?

“目前的技術(shù)手段已經(jīng)基本可以很好地滿足日常的需求,暫時還不會用到這一項技術(shù)。只是一些特定的場合會使用到這一技術(shù),比如超級計算機(jī)或者一些特定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對帶寬有非常高的需求,可能會選擇模式和波長復(fù)用結(jié)合的方法?!?/p>

徐科介紹,“模分復(fù)用是學(xué)術(shù)界提出的一個超前概念,目前商用產(chǎn)品還沒有必要用到它。我們做的就是把難題提前解決掉,使模分復(fù)用成為一種可供選擇的技術(shù)手段,為未來的科技發(fā)展掃清障礙。”

“我們的研究瞄準(zhǔn)前沿,當(dāng)前不一定會用到,但是某一天需要的時候這個技術(shù)一定要有?!毙炜普f,這就是科研工作者的眼光和擔(dān)當(dāng)。


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