首次，研究人員在標準芯片上放置了光子濾波器和調制器

新的光子芯片具備完整功能

首次，研究人員在標準芯片上放置了光子濾波器和調制器。悉尼大學(xué)的研究人員已經(jīng)成功將光子濾波器和調制器結合在一個(gè)芯片上，以便精確檢測廣泛的射頻（RF）頻譜中的信號。這項工作使光子芯片距離有朝一日有可能替代光纖網(wǎng)絡(luò )中更龐大且更復雜的電子RF芯片又近了一步。

悉尼的研究團隊利用了受激布里淵散射技術(shù)，這種技術(shù)涉及將電場(chǎng)轉換成在某些絕緣體中的壓力波，比如光纖。2011年，研究人員報告說(shuō)，布里淵散射在高分辨率濾波方面具有潛力，并開(kāi)發(fā)了新的制造技術(shù)，將硫系列（chalcogenide）布里淵波導與硅芯片結合起來(lái)。到了2023年，他們成功地將光子濾波器和調制器結合到了同一類(lèi)型的芯片上。該組合使實(shí)驗芯片的光譜分辨率達到37兆赫茲，帶寬比之前的芯片更寬，該團隊在11月20日發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一篇論文中報道了這一成果。

荷蘭特文特大學(xué)的納米光子學(xué)研究員大衛·馬帕恩表示：“在這里，調制器與這個(gè)有源波導的集成是關(guān)鍵突破?！?馬帕恩在十年前與悉尼小組合作，并現在領(lǐng)導著(zhù)自己的研究小組，以不同的方法致力于在微小封裝中實(shí)現寬帶、高分辨率的光子射頻靈敏度。馬帕恩表示，當有人在100千兆赫的頻帶上實(shí)現亞10兆赫茲的光譜分辨率時(shí)，他們將能夠在市場(chǎng)上替代更龐大的電子RF芯片。這類(lèi)芯片的另一個(gè)優(yōu)勢是，它們可以將射頻信號轉換為光信號，直接通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸。在那場(chǎng)競賽中獲勝的人將能夠進(jìn)入電信服務(wù)提供商和國防制造商這一龐大市場(chǎng)，這些行業(yè)需要能夠在復雜的射頻環(huán)境中可靠導航的無(wú)線(xiàn)電接收機。

“硫系列有很強的布里淵效應；它很好，但還有一個(gè)問(wèn)題，即這是否可擴展……它仍然被認為是實(shí)驗室材料，” 馬帕恩說(shuō)。悉尼小組不得不想辦法將硫系列波導適應到標準制造的硅芯片的5毫米平方封裝中，這并非易事。2017年，該小組找到了將硫系列與硅輸入/輸出環(huán)結合的方法，但直到今年才有人成功地將其與標準芯片結合。

光子芯片是全球努力的結果 其他研究小組正在研究可能提供類(lèi)似性能的不同材料。例如，鈮酸鋰具有比硅更好的調制器性能，而馬帕恩在一項仍在同行評審中的研究中展示了鈮酸鋰通過(guò)布里淵散射可能提供相當高分辨率的濾波。另一組，由耶魯大學(xué)的彼得·拉基奇（Peter Rakich）領(lǐng)導，去年展示了一個(gè)僅使用硅波導和芯片組合就能在6千兆赫茲的頻帶上實(shí)現2.7兆赫茲濾波的方法。該工作沒(méi)有集成調制器，但它暗示了一種潛在更簡(jiǎn)單的制造路徑，涉及更少的材料。

話(huà)雖如此，悉尼小組的方法可能需要硅無(wú)法提供的更好的聲學(xué)性能。研究人員在過(guò)去的100多年中一直知道布里淵效應，但近幾十年來(lái)引起了人們的新興興趣。在過(guò)去，研究人員曾利用它將信息存儲在光脈沖中，然后再傳輸，這是一種避免將光轉換成電并再次轉換回去的技巧。

當然，集成光子芯片的夢(mèng)想有很多組成部分。悉尼的研究人員寫(xiě)道，其他廠(chǎng)家生產(chǎn)的調制器在快速改進(jìn)，將有助于他們的技術(shù)。在相關(guān)技術(shù)的其他方面的進(jìn)展可能有利于其他一些致力于集成光子芯片的研究小組?！叭绻憬鉀Q了集成問(wèn)題、性能問(wèn)題和實(shí)用性問(wèn)題，你就會(huì )獲得市場(chǎng)接受，” 馬帕恩說(shuō)。