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光电子芯片技术为未来数字技术发展奠定基础

来源:科技日报2020-03-30 我要评论(0 )   

3月20日,中国激光杂志社公布了“2019年度中国光学十大进展”,量子秘钥分发、光子芯片、智能激光器、全色激光显示等20项重大光学科技成果入选(基础研究类与应用研究类...

3月20日,中国激光杂志社公布了“2019年度中国光学十大进展”,量子秘钥分发、光子芯片、智能激光器、全色激光显示等20项重大光学科技成果入选(基础研究类与应用研究类各10项)。其中,哈工大(深圳)徐科、宋清海课题组牵头完成的“可密集集成和任意路由的模分复用光子芯片”入选应用研究类十大进展。这是一项前瞻性的研究,主要解决了光电子芯片的数据容量和芯片尺寸问题,为未来的数字技术发展奠定了基础。

基于 “二维码”结构的片上弯曲波导和交叉器件

“可密集集成和任意路由的模分复用光子芯片”成果发表在《自然·通讯》上。哈工大(深圳)博士研究生刘英杰为论文第一作者,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员为共同通讯作者,哈工大(深圳)为第一单位和通讯单位。

徐科副教授介绍,光电子芯片是高速通信系统的关键收发器件,在数据中心、5G、超级计算机等领域有重要应用。

基于 “二维码”结构的片上弯曲波导和交叉器件

为什么光电子芯片会被“委以重任”?徐科解释道:“现在大数据对网络带宽的需求非常高,而且持续快速增长,需要光通信网络作为支撑。光纤作为传输介质容量很大,但是到了数据中心或者终端,转换成电就遇到瓶颈了。光电子芯片一个很重要的应用就是在这个地方进行高速、大容量的光电转换,将传输光纤中的光信号转换成服务器、处理器能接收的电信号。”

光电子芯片是将多个元器件高度集成的,具有尺寸小、功耗低的优点,但它同时也有“软肋”——芯片上的多模光波导容易受到串扰和损耗的限制,很难做到紧凑、密集,从而导致芯片的集成度不够,数据通道数上不去,研究成果就是解决了这个问题。

课题组及科研合作团队基于一种“二维码”光子结构和优化算法,通过对波导有效折射率的精准调控,设计并制备了片上基于模分复用的关键功能性器件。模分复用是一种面向未来大通量并行信号处理与传输的新技术,但一直受到串扰和损耗的困扰,导致芯片集成规模受限。研究人员通过“二维码”新型光子结构和优化算法成功解决了这一问题,实现了尺寸仅为数微米的关键元件,比传统器件缩小了一个数量级,器件制作与标准硅光流片工艺完全兼容。这一突破使得光电子芯片的布线密度和集成规模得到了显著提升,支持更大的芯片带宽。

“我们的工作就是要解决模分复用芯片的布线过程中损耗高、串扰大导致芯片集成密度和规模受限的问题。解决了该问题,更大规模集成的模分复用芯片就成为可能了,也意味着芯片的数据容量可以得以显著提升。”徐科说。

那么,这项成果什么时候才能影响到我们的生活呢?

“目前的技术手段已经基本可以很好地满足日常的需求,暂时还不会用到这一项技术。只是一些特定的场合会使用到这一技术,比如超级计算机或者一些特定的网络节点对带宽有非常高的需求,可能会选择模式和波长复用结合的方法。”

徐科介绍,“模分复用是学术界提出的一个超前概念,目前商用产品还没有必要用到它。我们做的就是把难题提前解决掉,使模分复用成为一种可供选择的技术手段,为未来的科技发展扫清障碍。”

“我们的研究瞄准前沿,当前不一定会用到,但是某一天需要的时候这个技术一定要有。”徐科说,这就是科研工作者的眼光和担当。


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光电子芯片智能激光器

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