來自英國南安普頓大學和法國波爾多德Optique研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，通過控制光照來使得硅芯片實現(xiàn)可編程邏輯。硅光子學是下一代芯片技術和光通信技術的根基，定位于實現(xiàn)光學互連、微波光子電路以及集成光學傳感器等新興應用。
研究人員認為，雖然光子芯片一般都是“硬連接”的，但是通過光學器件的重構(gòu)可以使得光線走向更加靈活自由，使得可編程光學電路稱為一種可能。他們稱，“空間光調(diào)制器通常使用液晶或者微透鏡來實現(xiàn)像素的獨立控制，這些技術對光學的發(fā)展帶來了徹底的變革，使得近些年來在成像光學、全息光學以及自適應光學領域有了全新的應用。”
他們最新的研究成果刊登在了Optica雜志上，團隊利用的是多模干涉設備(MMI)。但與傳統(tǒng)的固定模式不同的是，他們使用飛秒激光來實現(xiàn)MMI的動態(tài)模式變換?？梢詫崿F(xiàn)透射光的有效調(diào)制，實現(xiàn)部分模式通過，部分模式被反射。
通過使用一個1×2的MMI分光器和一個受飛秒激光擾動的投影圖案，實現(xiàn)了光路由到單個出口97%的 效率，并使得器件實現(xiàn)可編程。團隊的主要研究人員，南安普頓大學的博士后研究員Roman Bruck評論說，“我們的研究成果證明了可以通過調(diào)制光線來照射芯片來達到繼承光路的可編程性。集成的空間光調(diào)制器使得傳統(tǒng)的硅光子學器件可以作為通用的重構(gòu)器件。”
刊登在Optica雜志上的文章中描述道，“理論上，通過在一定范圍內(nèi)對材料折射率的調(diào)制可以實現(xiàn)光線傳播方向的完全控制，這種技術的實現(xiàn)類似于現(xiàn)場可編程邏輯器件(FPGA)。其實早在之前，類似于FPGA的光學結(jié)構(gòu)就已經(jīng)有了一些討論，諸如微波和氮化硅波導。基于成熟的硅光子平臺的全光學的FPGA類似物已經(jīng)有了廣泛的應用，例如光通信中波分復用、波長選擇以及路由等。”
此項技術的實際應用包括了全光學可重構(gòu)路由器、光網(wǎng)絡的超快光學調(diào)制器和光學開關以及微波光子電路等等。現(xiàn)在需要的工作就是將這些想法盡快發(fā)展成實際應用。
“功能增加”
在接受記者采訪時，項目負責人，南安普頓大學的物理學、天文學教授Otto Muskens教授描述了當前研究的最新進展以及市場預期。光互連技術正在成為當今光網(wǎng)絡的骨干技術。芯片級的互連技術目前已經(jīng)有多種技術能夠?qū)崿F(xiàn)，具體實現(xiàn)取決于是否是單色光，以及復色光輸出的時候是否需要獨立傳播到單獨的輸出上。
很多功能能夠通過傳統(tǒng)器件的級聯(lián)實現(xiàn)，例如陣列波導光柵和干涉器。但是由于這些傳統(tǒng)器件尺寸較大，受制于硅光學芯片有效尺寸，限制了它們在光網(wǎng)絡上的應用。但是我們的方法與傳統(tǒng)的不同，通過使用多模控制可以使器件排布得很緊湊。通過擾動模式，可以決定光線的傳播方向。這個概念很常見，并有望用于實現(xiàn)高度靈活小巧的路由器。”
“目前我們的工作更多仍然是基礎性的研究，接下來需要將新概念轉(zhuǎn)化為實際的產(chǎn)品以及設備。我們相信光學控制將是未來一個可行的方法，一方面由于有效光源的成本越來越低，另一方面光源和調(diào)制器可以直接集成在芯片上。這種實現(xiàn)方法有可能會在下一代ROADM應用中大展身手。”
“此外，還需要更多的工作來探索此項技術的具體的實現(xiàn)機制。由于本技術依賴于外部光源和數(shù)字微反射鏡用于調(diào)制，所以它最一開始的應用應該是基于實驗室設備的開發(fā)，慢慢才會轉(zhuǎn)向大規(guī)模晶圓的加工及測試。最終，我們會將此項技術推向現(xiàn)場可編程邏輯器件，屆時邏輯器件的功能改變將不再需要全新設計和制造周期。目前我們正在著力于在南安普頓硅光電子計劃內(nèi)進行商業(yè)推廣。”
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