3月20日，中國激光雜志社公布了“2019年度中國光學(xué)十大進(jìn)展”，量子秘鑰分發(fā)、光子芯片、智能激光器、全色激光顯示等20項(xiàng)重大光學(xué)科技成果入選（基礎(chǔ)研究類與應(yīng)用研究類各10項(xiàng)）。其中，哈工大（深圳）徐科、宋清海課題組牽頭完成的“可密集集成和任意路由的模分復(fù)用光子芯片”入選應(yīng)用研究類十大進(jìn)展。這是一項(xiàng)前瞻性的研究，主要解決了光電子芯片的數(shù)據(jù)容量和芯片尺寸問題，為未來的數(shù)字技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
基于 “二維碼”結(jié)構(gòu)的片上彎曲波導(dǎo)和交叉器件
“可密集集成和任意路由的模分復(fù)用光子芯片”成果發(fā)表在《自然·通訊》上。哈工大（深圳）博士研究生劉英杰為論文第一作者，徐科副教授、宋清海教授、姚勇教授和上海交大杜江兵副研究員為共同通訊作者，哈工大（深圳）為第一單位和通訊單位。
徐科副教授介紹，光電子芯片是高速通信系統(tǒng)的關(guān)鍵收發(fā)器件，在數(shù)據(jù)中心、5G、超級(jí)計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
基于 “二維碼”結(jié)構(gòu)的片上彎曲波導(dǎo)和交叉器件
為什么光電子芯片會(huì)被“委以重任”？徐科解釋道：“現(xiàn)在大數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求非常高，而且持續(xù)快速增長(zhǎng)，需要光通信網(wǎng)絡(luò)作為支撐。光纖作為傳輸介質(zhì)容量很大，但是到了數(shù)據(jù)中心或者終端，轉(zhuǎn)換成電就遇到瓶頸了。光電子芯片一個(gè)很重要的應(yīng)用就是在這個(gè)地方進(jìn)行高速、大容量的光電轉(zhuǎn)換，將傳輸光纖中的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成服務(wù)器、處理器能接收的電信號(hào)。”
光電子芯片是將多個(gè)元器件高度集成的，具有尺寸小、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，但它同時(shí)也有“軟肋”——芯片上的多模光波導(dǎo)容易受到串?dāng)_和損耗的限制，很難做到緊湊、密集，從而導(dǎo)致芯片的集成度不夠，數(shù)據(jù)通道數(shù)上不去，研究成果就是解決了這個(gè)問題。
課題組及科研合作團(tuán)隊(duì)基于一種“二維碼”光子結(jié)構(gòu)和優(yōu)化算法，通過對(duì)波導(dǎo)有效折射率的精準(zhǔn)調(diào)控，設(shè)計(jì)并制備了片上基于模分復(fù)用的關(guān)鍵功能性器件。模分復(fù)用是一種面向未來大通量并行信號(hào)處理與傳輸?shù)男录夹g(shù)，但一直受到串?dāng)_和損耗的困擾，導(dǎo)致芯片集成規(guī)模受限。研究人員通過“二維碼”新型光子結(jié)構(gòu)和優(yōu)化算法成功解決了這一問題，實(shí)現(xiàn)了尺寸僅為數(shù)微米的關(guān)鍵元件，比傳統(tǒng)器件縮小了一個(gè)數(shù)量級(jí)，器件制作與標(biāo)準(zhǔn)硅光流片工藝完全兼容。這一突破使得光電子芯片的布線密度和集成規(guī)模得到了顯著提升，支持更大的芯片帶寬。
“我們的工作就是要解決模分復(fù)用芯片的布線過程中損耗高、串?dāng)_大導(dǎo)致芯片集成密度和規(guī)模受限的問題。解決了該問題，更大規(guī)模集成的模分復(fù)用芯片就成為可能了，也意味著芯片的數(shù)據(jù)容量可以得以顯著提升。”徐科說。
那么，這項(xiàng)成果什么時(shí)候才能影響到我們的生活呢？
“目前的技術(shù)手段已經(jīng)基本可以很好地滿足日常的需求，暫時(shí)還不會(huì)用到這一項(xiàng)技術(shù)。只是一些特定的場(chǎng)合會(huì)使用到這一技術(shù)，比如超級(jí)計(jì)算機(jī)或者一些特定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)帶寬有非常高的需求，可能會(huì)選擇模式和波長(zhǎng)復(fù)用結(jié)合的方法。”
徐科介紹，“模分復(fù)用是學(xué)術(shù)界提出的一個(gè)超前概念，目前商用產(chǎn)品還沒有必要用到它。我們做的就是把難題提前解決掉，使模分復(fù)用成為一種可供選擇的技術(shù)手段，為未來的科技發(fā)展掃清障礙。”
“我們的研究瞄準(zhǔn)前沿，當(dāng)前不一定會(huì)用到，但是某一天需要的時(shí)候這個(gè)技術(shù)一定要有。”徐科說，這就是科研工作者的眼光和擔(dān)當(dāng)。
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