隨著網(wǎng)絡(luò)升級(jí)壓力的增加和綠色減排呼聲的日益增強(qiáng)，運(yùn)營(yíng)商不僅需要以較低的成本實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的升級(jí),，更需要付出更少的能耗代價(jià),。與電子集成電路技術(shù)類(lèi)似，光子集成電路技術(shù)的逐漸成熟必將會(huì)引起光信息技術(shù)領(lǐng)域的又一次革命,。PIC (Photonic Integrated Circuit：光子集成電路)的概念與電子集成電路的概念類(lèi)似,，只不過(guò)電子集成電路集成的是晶體管、電容器,、電阻器等電子器件,，而PIC集成的是各種不同的光學(xué)器件或光電器件，比如激光器,、電光調(diào)制器,、光電探測(cè)器、光衰減器,、光復(fù)用/解復(fù)用器以及光放大器等,。
莫納什大學(xué)、皇家墨爾本理工大學(xué)和阿德萊德大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究開(kāi)發(fā)了一種精確的方法來(lái)控制指甲大小的光子集成電路上的光電路。
發(fā)表在Optica雜志上的這項(xiàng)發(fā)展建立在最近創(chuàng)造了世界上第一個(gè)自校準(zhǔn)光子芯片的同一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作基礎(chǔ)上,。
光子學(xué),，或使用光粒子來(lái)存儲(chǔ)和傳輸信息，是一個(gè)新興領(lǐng)域,，支持我們創(chuàng)造更快,、更好、更高效和更可持續(xù)的技術(shù)的需要,。
可編程光子集成電路 (PIC) 在單個(gè)芯片內(nèi)提供多種信號(hào)處理功能,，并為從光通信到人工智能的各種應(yīng)用提供有前途的解決方案,。
無(wú)論是下載電影還是讓衛(wèi)星保持在軌道上,，光子學(xué)正在從根本上改變我們的生活方式，將大型設(shè)備的處理能力徹底改變到人類(lèi)指甲蓋大小的芯片上,。
今年早些時(shí)候,，莫納什大學(xué)、皇家墨爾本理工大學(xué)和阿德萊德大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種先進(jìn)的光子電路,，可以改變光子技術(shù)的速度和規(guī)模,。然而，隨著 PIC 的規(guī)模和復(fù)雜性的增長(zhǎng),，它們的表征和校準(zhǔn)變得越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性,。
莫納什大學(xué)研究員 Mike Xu 教授說(shuō)：“我們?cè)谛酒咸砑恿艘粭l通用參考路徑，可以穩(wěn)定準(zhǔn)確地測(cè)量‘主力’路徑的長(zhǎng)度(相位,、時(shí)間延遲)和損耗,。”
“通過(guò)發(fā)明一種新方法,，即分?jǐn)?shù)延遲方法,，我們已經(jīng)能夠從不需要的信息中分離出想要的信息，從而實(shí)現(xiàn)更精確的應(yīng)用,?！?/p>
以前，芯片是通過(guò)連接到復(fù)雜且昂貴的外部設(shè)備(稱(chēng)為矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀)來(lái)測(cè)量/校準(zhǔn)的;但是,，與它的連接會(huì)引入由振動(dòng)和溫度變化引起的相位誤差,。通過(guò)將參考放在實(shí)際芯片上，測(cè)量不受這些相位誤差的影響,。
“在我們?cè)缙诘墓ぷ髦?，我們使用了‘Kramers Kronig’方法來(lái)消除所需測(cè)量中不需要的誤差，但分?jǐn)?shù)法需要的光功率要小得多,，才能達(dá)到給定的精度,，”該系的 ARC 獲獎(jiǎng)?wù)?Arthur Lowery 教授說(shuō)。莫納什大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程,。
“這意味著我們可以獲得對(duì)芯片狀態(tài)的可靠測(cè)量,，因此能夠?yàn)樗璧膽?yīng)用程序準(zhǔn)確地編程,，例如光學(xué)計(jì)算機(jī)中的模式識(shí)別，或從光通信網(wǎng)絡(luò)中榨取額外的容量,?！?/p>
這項(xiàng)工作是對(duì) 2020 年開(kāi)始的一項(xiàng)研究的補(bǔ)充，該研究開(kāi)發(fā)了一種新型光學(xué)微梳芯片,，該芯片每秒能夠傳輸 30 太比特,，是整個(gè)國(guó)家寬帶網(wǎng)絡(luò)記錄數(shù)據(jù)的三倍。
在下一發(fā)展階段,，在新宣布的 ARC 光學(xué)微梳和突破科學(xué)卓越中心 (COMBS) 內(nèi),，該研究團(tuán)隊(duì)將探索光子芯片如何使用多種波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)超快信息處理和機(jī)器智能。
“光子集成電路的復(fù)雜性正在迅速增加,，需要突破才能校準(zhǔn)和控制它們,。我們開(kāi)發(fā)的技術(shù)克服了這一挑戰(zhàn)，確保電路可以穩(wěn)健地用于模式識(shí)別等應(yīng)用,，”博士說(shuō),。來(lái)自阿德萊德大學(xué)的安迪博斯。
無(wú)論在技術(shù)還是在市場(chǎng)上,，PIC近幾年都取得了突破性的進(jìn)展,。但是與電子集成電路相比，無(wú)論從集成度,、性能還是成本,，都還存在巨大的差距?？梢灶A(yù)測(cè),，PIC將來(lái)的發(fā)展方向?qū)?huì)主要集中在以下幾個(gè)方面。
(1) 繼續(xù)采用磷化銦材料作為襯底開(kāi)展大規(guī)模PIC技術(shù)研究雖然采用磷化銦作為襯底也有其自身的缺點(diǎn),，比如磷化銦是稀有材料,，PIC產(chǎn)品成本較高，同時(shí),，采用磷化銦作為基底材料不便于與現(xiàn)有硅基材料器件的大規(guī)模集成,，不能實(shí)現(xiàn)將來(lái)光子器件與電子器件的大規(guī)模集成,。各公司正在努力使得磷化銦成為唯一能夠?qū)崿F(xiàn)商用的大規(guī)模PIC的材料,?？梢灶A(yù)見(jiàn)的情形來(lái)看，硅基光子學(xué)在未來(lái)的幾年內(nèi)較難取得突破性進(jìn)展,。因此,，繼續(xù)采用磷化銦材料作為襯底進(jìn)行大規(guī)模PIC開(kāi)發(fā)在商業(yè)上將是比較明智的選擇。從技術(shù)角度而言，采用磷化銦作為襯底材料也面臨著很多技術(shù)難題,，如何提高集成度,、提高芯片性能以及如何進(jìn)一步簡(jiǎn)化工藝、降低成本等都是需要繼續(xù)研究的重點(diǎn),。
(2)研究硅基大規(guī)模PIC硅基材料在電子集成電路中應(yīng)用廣泛,，電子集成電路產(chǎn)業(yè)成熟的規(guī)模化生產(chǎn)工藝和低廉的成本對(duì)PIC來(lái)說(shuō)都是巨大的誘惑,。硅基電子集成電路不僅取得了商業(yè)上的巨大成功,，更是深刻地改變了人類(lèi)的生活方式。從PIC技術(shù)誕生至今,，人們都一直在努力通過(guò)電子集成電路成熟的技術(shù)和工藝實(shí)現(xiàn)PIC,。但是硅基材料的發(fā)光效率很低，不能探測(cè)到1310nm和1550nm的光,，同時(shí)受到材料本身的限制,，不能夠?qū)崿F(xiàn)電光調(diào)制,，這些都大大限制了硅基PIC技術(shù)的發(fā)展,。硅基PIC研究方向主要集中在通過(guò)混合集成的方式實(shí)現(xiàn)硅基有源光器件，同時(shí),，研究如何利用現(xiàn)有成熟的CMOS工藝實(shí)現(xiàn)PIC,。Intel、貝爾實(shí)驗(yàn)室以及Luxtera等公司和研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行此方面的研究,，并取得了一定的研究進(jìn)展,。
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