研究人員首次將光子濾波器和調制器組合在單個芯片上

據悉，悉尼大學的研究人員已經成功將光子濾波器和調制器結合在一個芯片上，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絡中更龐大且更復雜的電子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）中將電場轉換為壓力波的技術。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，并開發了新的制造技術，將硫族化物布里淵波導結合在硅片上。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制器。該團隊在11月20日發表在《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。

荷蘭特溫特大學的納米光子學研究員David Marpaung說：“調制器與這種有源波導的集成是這里的關鍵突破?！?Marpaung十年前曾與悉尼小組合作，現在領導著自己的研究小組，該小組正在采取不同的方法，尋求在一個小封裝中實現寬帶、高分辨率的光子無線電靈敏度。Marpaung說，當有人在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點是，它們將把RF信號轉換成光信號，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在復雜的射頻（RF）環境中導航的無線電接收器。

Marpaung說：“硫族化合物具有非常強的布里淵效應；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安裝到標準制造的硅片中，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/輸出環上，但直到今年，才有人用標準芯片進行組合。

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。由耶魯大學的Peter Rakich領導的另一個小組去年表明，純硅波導和芯片的組合可以在6 GHz的頻譜帶上實現2.7 MHz的濾波。這項工作沒有集成調制器，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性能。研究人員對布里淵效應的了解已有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換為電再轉換回來的需要。

當然，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?！?/p>

審核編輯：劉清