研究人員首次在標準芯片上放置光子濾波器和調制器

來源：Spectrum IEEE

悉尼大學納米研究所的Alvaro Casas Bedoya（手持新型光子芯片）和Ben Eggleton。

悉尼大學的研究人員將光子濾波器和調制器組合在單個芯片上，由此能夠精確檢測寬帶射頻(RF)頻譜的信號。該研究進一步促進了光子芯片取代光纖網絡中體積更大、更復雜的電子射頻芯片的發展。

悉尼團隊利用受激布里淵散射技術，該技術涉及將某些絕緣體（例如光纖）中的電場轉換為壓力波。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，并開發出了新的制造技術，將硫族化物布里淵波導結合到硅芯片上。2023年，他們設法成功地將光子濾波器和調制器結合在同一類型的芯片上。該團隊在11月20日發表在《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，而且帶寬比以前的芯片更寬。

荷蘭特溫特大學的納米光子學研究員David Marpaung表示：“調制器與這種有源波導的集成是這里的關鍵突破。” Marpaung十年前與悉尼團隊合作，現在領導自己的研究團隊，該團隊正在采取不同的方法，尋求在微型封裝中實現寬帶、高分辨率光子無線電靈敏度。Marpaung 表示，當有人在100 GHz頻段達到低于10 MHz的頻譜分辨率時，他們將能夠取代市場上體積笨重的電子射頻芯片。此類芯片的另一個優點是，它們可以將射頻信號轉換為光信號，以便通過光纖網絡直接傳輸。這場競賽的獲勝者將能夠進入電信提供商和國防制造商的巨大市場，他們需要能夠可靠地導航復雜射頻(RF)環境中的無線電接收器。

Marpaung說，“硫族化物具有非常強的布里淵效應；這點非常好，但仍然存在一個問題，即是否可擴展……它仍然被視為實驗室材料”。悉尼團隊必須找到一種新方法，將5平方毫米封裝的硫族化物波導安裝到標準制造的硅芯片中，這并非易事。2017年，該團隊想出了如何將硫族化物組合到硅輸入/輸出環上，但直到今年才有人用標準芯片來管理這種組合。

光子芯片是全球共同的努力

其他研究團隊正在研究可能也提供類似性能的不同材料。例如，鈮酸鋰具有比硅更好的調制器特性，Marpaung在仍在接受同行評審的工作中表明，鈮酸鋰可以通過布里淵散射提供類似的高分辨率濾波。耶魯大學Peter Rakich領導的另一個團隊去年展示了純硅波導和芯片組合可以在6 GHz頻段實現2.7 MHz濾波。這項研究沒有集成調制器，但它表明了有一種可能更簡單的制造路徑，涉及更少材料。

也就是說，悉尼團隊的方法可能需要比硅更好的聲學性能。研究人員了解布里淵效應已有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，研究人員在重新傳輸信息之前用它將信息存儲在光脈沖中，這是一種避免將光轉化為電能并再次返回的技巧。

當然，集成光子芯片的夢想有許多活動部件。悉尼研究人員寫道，其他人制造的調制器正在快速改進，這也將有助于他們的技術。相關技術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，你就會獲得市場認可，”Marpaung說。

審核編輯 黃宇