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新型硅基光电子片上集成系统问世

稿件来源:中国科学报 崔雪芹 责任编辑:ICAC 发布时间:2022-05-24

  北京大学教授王兴军课题组和美国加州大学圣芭芭拉分校教授John E. Bowers课题组在世界上首次报道了由集成微腔光梳驱动的新型硅基光电子片上集成系统。相关研究5月18日在线发表于《自然》。

  王兴军告诉《中国科学报》,这个工作是集成光梳和硅光的完美结合,它打通了光梳从实验室走向产业化的“最后一公里”,让这项技术走向大规模应用成为可能。同时,它也解决了硅光多路并行光源的世界性难题,使硅光有了自己的“大脑”。

  光梳,又叫光学频率梳,因其用途广泛,一直以来都是国际光学界的研究热点。近年来芯片级的光梳(微腔光梳)由于紧凑的尺寸和低廉的成本极大拓展了其应用范围。然而,大部分基于微腔光梳的系统级应用中,仅有微腔本身为集成器件,其余的组成部分均未实现集成,在成本、尺寸和功耗上极大削弱了微腔光梳芯片化带来的优势。因此,系统层面的集成对光梳技术的实用化和普及化具有重要意义。

  与此同时,近20年来,硅基光电子集成芯片技术(硅光)借助成熟的CMOS工艺,可大规模集成传统光学系统所需的功能器件,极大提升片上信息传输和处理的速度和容量。

  目前,随着应用市场的拓展和系统规模的大幅度提升,硅基光电子片上系统架构正向多通道和高并行的架构演进,随之而来的便是日趋增长的对低成本和高稳定性并行光源的需求。然而,由于硅材料本身不发光,硅基激光器的实现一直是世界性难题,在硅基光电子芯片上研发出多路并行的硅基光源更被公认为是该领域最大的瓶颈之一。

  王兴军团队通过直接由半导体激光器泵浦集成微腔光梳,给硅基光电子集成芯片提供了所需的光源“大脑”,结合硅基光电子集成技术工业上成熟、可靠的集成解决方案,完成了大规模集成系统的高效并行。

  谈及未来应用,王兴军说,“相关研究成果有望直接应用于数据中心、5/6G通信、自动驾驶、光计算等领域,为下一代片上光电子信息系统提供全新的研究范式和发展方向。”

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04579-3

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