研究人员首次将光子滤波器和调制器组合在单个芯片上
悉尼团队利用了受激布里渊散射,这是一种在某些绝缘体(如光纤)中将电场转换为压力波的技术。2011年,研究人员报告称,布里渊散射具有高分辨率滤波的潜力,并开发了新的制造技术,将硫族化物布里渊波导结合在硅片上。2023年,他们成功地在同一类型的芯片上组合了光子滤波器和调制器。该团队在11月20日发表在《自然通讯》上的一篇论文中报道,这种组合使实验芯片的光谱分辨率达到37兆赫,带宽比之前的芯片更宽。
荷兰特温特大学的纳米光子学研究员David Marpaung说:“调制器与这种有源波导的集成是这里的关键突破。” Marpaung十年前曾与悉尼小组合作,现在领导着自己的研究小组,该小组正在采取不同的方法,寻求在一个小封装中实现宽带、高分辨率的光子无线电灵敏度。Marpaung说,当有人在100千兆赫波段达到低于10兆赫的频谱分辨率时,他们将能够在市场上取代体积更大的电子射频芯片。这种芯片的另一个优点是,它们将把RF信号转换成光信号,以便通过光纤网络直接传输。这场竞赛的获胜者将能够进入电信提供商和国防制造商的巨大市场,他们要能可靠地在复杂的射频(RF)环境中导航的无线电接收器。
Marpaung说:“硫族化合物有很强的布里渊效应;它非常好,但这是否可扩展仍然是一个问题……它仍然被视为实验室材料。” 悉尼小组必须找到一种新的方法,将5平方毫米封装的硫族化物波导安装到标准制造的硅片中,这绝非易事。2017年,该小组研究出了如何将硫族化合物组合到硅输入/输出环上,但直到今年,才有人用标准芯片进行组合。
其他研究小组正在研究可能提供类似性能的不一样的材料。例如,铌酸锂比硅具有更加好的调制器性能,Marpaung在仍在进行同行评审的工作中表明,铌酸钙能够最终靠布里渊散射提供类似的高分辨率滤波。由耶鲁大学的Peter Rakich领导的另一个小组去年表明,纯硅波导和芯片的组合可以在6 GHz的频谱带上实现2.7 MHz的滤波。这项工作没有集成调制器,但它暗示了一条潜在的更简单的制造路径,涉及更少的材料。
也就是说,悉尼团队的方法在大多数情况下要比硅更好的声学性能。研究人员对布里渊效应的了解已有100多年,但近几十年来再次引起了人们的兴趣。过去,研究人员曾用它将信息存储在光脉冲中,然后再重新传输,这一技巧能够尽可能的防止将光转换为电再转换回来的需要。
当然,集成光子芯片的梦想有许多部分。悉尼的研究人员写道,其他公司生产的调制器正在快速改进,这也将有利于他们的技术。有关技术的其他进展可能有利于其他一些研究集成光子芯片的小组。Marpaung说:“如果你解决了集成问题、性能问题和实用性问题,你就会获得市场接受。”
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