新型光子芯片全封裝

研究人員首次在標準芯片上放置光子濾波器和調(diào)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(diào)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(wǎng)絡(luò)中體積更大、更復雜的電子射頻芯片的發(fā)展。

悉尼團隊利用受激布里淵散射技術(shù)，該技術(shù)涉及將某些絕緣體（例如光纖）中的電場轉(zhuǎn)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(fā)出了新的制造技術(shù)，將硫族化物布里淵波導結(jié)合到硅芯片上。2023年，他們設(shè)法成功地將光子濾波器和調(diào)制器結(jié)合在同一類型的芯片上。該團隊在11月20日發(fā)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?guī)挶纫郧暗男酒鼘挕?/p>

荷蘭特溫特大學的納米光子學研究員David Marpaung表示：“調(diào)制器與這種有源波導的集成是這里的關(guān)鍵突破。” Marpaung十年前與悉尼團隊合作，現(xiàn)在領(lǐng)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(xiàn)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(yōu)點是，它們可以將射頻信號轉(zhuǎn)換為光信號，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導航復雜射頻(RF)環(huán)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(yīng)；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(huán)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(diào)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(lǐng)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(xiàn)2.7 MHz濾波。這項研究沒有集成調(diào)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(yīng)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(zhuǎn)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(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)的其他進步可能有利于其他一些致力于集成光子芯片的團隊?！叭绻憬鉀Q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