光通信的新革命,光子芯片崛起

　? ?光子技術(shù)是一種滲透性極強的綜合技術(shù)，是在現(xiàn)代集成光學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以光集成技術(shù)為核心的有關(guān)光學(xué)元、器件制造的應(yīng)用光學(xué)技術(shù)。20世紀(jì)40年代是第一代微光子技術(shù)趨千成熟的時期。這一領(lǐng)域涉及到梯度折射率光學(xué)、二元光學(xué)、纖維光學(xué)等許多分支。已研究出的許多元器件；包括自聚焦微透鏡陣列、光纖面板與微通道板、軟X射線光刻及光互連用微小光學(xué)器件陣列等，真是五光十色。

　　21 世紀(jì)，光子產(chǎn)業(yè)成為推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)。電子行業(yè)中大量的研究工作和重大發(fā)展在光子行業(yè)中開始起步，隨著研究的深入，光的能力有望趕上并最終超越電子的速度。

　　在過去四十年里，“摩爾定律”一直推動著電子行業(yè)的發(fā)展。簡單來說，“摩爾定律”是指每兩年，電子設(shè)備的速度和性能會提升一倍。如今，這一“定律”似乎在以另一方式運行著。

　　21 世紀(jì)，光子產(chǎn)業(yè)（Photonics Industry）成為推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)。從通信到衛(wèi)生保健，從生產(chǎn)材料加工到照明設(shè)備和太陽能光伏，到日常使用的DVD播放器和手機，光子技術(shù)已經(jīng)滲透到生產(chǎn)生活的方方面面。

　　隨著光子技術(shù)的不斷發(fā)展，光子技術(shù)將幫助突破計算機電子技術(shù)的局限；通過大幅增加數(shù)據(jù)容量和提高數(shù)據(jù)傳輸速度，它將推動通信行業(yè)進(jìn)入太比特時代，同時降低碳足跡和單位成本。

　　據(jù)了解，傳統(tǒng)微電子技術(shù)的特點是依靠集成電子器件提供更高的信息處理速度、存儲密度和片上可集成度等能力，但受到納米尺寸的瓶頸限制，集成電子器件已開始受到制約。而與微電子技術(shù)發(fā)展并行的另一門高新技術(shù)——光電子技術(shù)，在實現(xiàn)集成光子回路、互聯(lián)光路、光計算等功能方面顯現(xiàn)出巨大的潛力和優(yōu)勢。

　　如果能夠利用光（由光子組成而不是電子），就能讓電子設(shè)備速度更快。一方面，對于降低能耗、減少污染有很大幫助；另一方面，由于光子傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電子，也會滿足用戶對于電子產(chǎn)品運行速度、待機時間等方面的需求。

　　由于光信號的速度非常快，且不像用電流傳遞信號那樣會出現(xiàn)發(fā)熱問題，科學(xué)界一直在研發(fā)光子芯片。

　　2015年，中美華人科學(xué)家團(tuán)隊對新型可集成光放大器的合作研究取得重大進(jìn)展，在國際上首次實現(xiàn)了亞微米尺度的近紅外通信光放大器，將已有器件的最大增益提高了20倍，器件尺寸卻縮小了一個數(shù)量級。

　　據(jù)悉，光放大器是光信息科學(xué)與技術(shù)中最關(guān)鍵的功能器件之一，尤其在光通信領(lǐng)域更是不可或缺，使得光通信以其巨大的帶寬資源和極快的響應(yīng)能力取代了傳統(tǒng)的電通信技術(shù)。該研究成果發(fā)表于世界頂級學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》，并被美國物理學(xué)會物理評論中心作為研究亮點給予報道。這使得科學(xué)家朝著最終研制出光子芯片的目標(biāo)又近了一步。

　　而就在日前，英國牛津大學(xué)又宣布了一項偉大壯舉——該校研究人員領(lǐng)銜的團(tuán)隊在光子芯片研發(fā)上取得突破，能夠模擬人腦神經(jīng)突觸的結(jié)構(gòu)形成可高速傳遞信息的“光子突觸”，這種技術(shù)今后或許有助大幅提高電腦的速度。

　　研究人員在美國《科學(xué)進(jìn)展》雜志上報告表示，他們使用特殊的相變材料與集成光路開發(fā)出一種光子芯片，可以形成與人腦神經(jīng)突觸相似的“光子突觸”，并且這些“光子突觸”運行的速度比人腦神經(jīng)突觸快1000倍。

　　專家表示，電子行業(yè)中大量的研究工作和重大發(fā)展在光子行業(yè)中才剛剛開始，因此目前的電子設(shè)備可以執(zhí)行比光子設(shè)備更加復(fù)雜的任務(wù)。但隨著研究的深入，光的能力將趕上并最終超越電子的速度。無論這一切要經(jīng)歷多長時間，光子學(xué)的未來都是光明的。