研究人員首次將光子濾波器和調(diào)制器組合在單個芯片上

據(jù)悉，悉尼大學(xué)的研究人員已經(jīng)成功將光子濾波器和調(diào)制器結(jié)合在一個芯片上，使他們能夠精確檢測寬頻帶射頻（RF）頻譜上的信號。這項工作使光子芯片距離有朝一日有可能替代光纖網(wǎng)絡(luò)中更龐大且更復(fù)雜的電子RF芯片又近了一步。

悉尼團隊利用了受激布里淵散射，這是一種在某些絕緣體（如光纖）中將電場轉(zhuǎn)換為壓力波的技術(shù)。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)合在硅片上。2023年，他們成功地在同一類型的芯片上組合了光子濾波器和調(diào)制器。該團隊在11月20日發(fā)表在《自然通訊》上的一篇論文中報道，這種組合使實驗芯片的光譜分辨率達到37兆赫，帶寬比之前的芯片更寬。

荷蘭特溫特大學(xué)的納米光子學(xué)研究員David Marpaung說：“調(diào)制器與這種有源波導(dǎo)的集成是這里的關(guān)鍵突破?！?Marpaung十年前曾與悉尼小組合作，現(xiàn)在領(lǐng)導(dǎo)著自己的研究小組，該小組正在采取不同的方法，尋求在一個小封裝中實現(xiàn)寬帶、高分辨率的光子無線電靈敏度。Marpaung說，當(dāng)有人在100千兆赫波段達到低于10兆赫的頻譜分辨率時，他們將能夠在市場上取代體積更大的電子射頻芯片。這種芯片的另一個優(yōu)點是，它們將把RF信號轉(zhuǎn)換成光信號，以便通過光纖網(wǎng)絡(luò)直接傳輸。這場競賽的獲勝者將能夠進入電信提供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。

Marpaung說：“硫族化合物具有非常強的布里淵效應(yīng)；它非常好，但這是否可擴展仍然是一個問題……它仍然被視為實驗室材料?！?悉尼小組必須找到一種新的方法，將5平方毫米封裝的硫族化物波導(dǎo)安裝到標(biāo)準(zhǔn)制造的硅片中，這絕非易事。2017年，該小組研究出了如何將硫族化合物組合到硅輸入/輸出環(huán)上，但直到今年，才有人用標(biāo)準(zhǔn)芯片進行組合。

光子芯片是全球的努力

其他研究小組正在研究可能提供類似性能的不同材料。例如，鈮酸鋰比硅具有更好的調(diào)制器性能，Marpaung在仍在進行同行評審的工作中表明，鈮酸鈣可以通過布里淵散射提供類似的高分辨率濾波。由耶魯大學(xué)的Peter Rakich領(lǐng)導(dǎo)的另一個小組去年表明，純硅波導(dǎo)和芯片的組合可以在6 GHz的頻譜帶上實現(xiàn)2.7 MHz的濾波。這項工作沒有集成調(diào)制器，但它暗示了一條潛在的更簡單的制造路徑，涉及更少的材料。

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。研究人員對布里淵效應(yīng)的了解已有100多年，但近幾十年來再次引起了人們的興趣。過去，研究人員曾用它將信息存儲在光脈沖中，然后再重新傳輸，這一技巧可以避免將光轉(zhuǎn)換為電再轉(zhuǎn)換回來的需要。

當(dāng)然，集成光子芯片的夢想有許多部分。悉尼的研究人員寫道，其他公司生產(chǎn)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)的其他進展可能有利于其他一些研究集成光子芯片的小組。Marpaung說：“如果你解決了集成問題、性能問題和實用性問題，你就會獲得市場接受。”

審核編輯：劉清