首次，研究人員在標(biāo)準(zhǔn)芯片上放置了光子濾波器和調(diào)制器

新的光子芯片具備完整功能

首次，研究人員在標(biāo)準(zhǔn)芯片上放置了光子濾波器和調(diào)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(diào)制器結(jié)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(hào)。這項(xiàng)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(fù)雜的電子RF芯片又近了一步。

悉尼的研究團(tuán)隊(duì)利用了受激布里淵散射技術(shù)，這種技術(shù)涉及將電場轉(zhuǎn)換成在某些絕緣體中的壓力波，比如光纖。2011年，研究人員報(bào)告說，布里淵散射在高分辨率濾波方面具有潛力，并開發(fā)了新的制造技術(shù)，將硫系列（chalcogenide）布里淵波導(dǎo)與硅芯片結(jié)合起來。到了2023年，他們成功地將光子濾波器和調(diào)制器結(jié)合到了同一類型的芯片上。該組合使實(shí)驗(yàn)芯片的光譜分辨率達(dá)到37兆赫茲，帶寬比之前的芯片更寬，該團(tuán)隊(duì)在11月20日發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一篇論文中報(bào)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(wèi)·馬帕恩表示：“在這里，調(diào)制器與這個(gè)有源波導(dǎo)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(xiàn)在領(lǐng)導(dǎo)著自己的研究小組，以不同的方法致力于在微小封裝中實(shí)現(xiàn)寬帶、高分辨率的光子射頻靈敏度。馬帕恩表示，當(dāng)有人在100千兆赫的頻帶上實(shí)現(xiàn)亞10兆赫茲的光譜分辨率時(shí)，他們將能夠在市場上替代更龐大的電子RF芯片。這類芯片的另一個(gè)優(yōu)勢是，它們可以將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，直接通過光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。在那場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，這些行業(yè)需要能夠在復(fù)雜的射頻環(huán)境中可靠導(dǎo)航的無線電接收機(jī)。

“硫系列有很強(qiáng)的布里淵效應(yīng)；它很好，但還有一個(gè)問題，即這是否可擴(kuò)展……它仍然被認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)室材料，” 馬帕恩說。悉尼小組不得不想辦法將硫系列波導(dǎo)適應(yīng)到標(biāo)準(zhǔn)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(jié)合的方法，但直到今年才有人成功地將其與標(biāo)準(zhǔn)芯片結(jié)合。

光子芯片是全球努力的結(jié)果 其他研究小組正在研究可能提供類似性能的不同材料。例如，鈮酸鋰具有比硅更好的調(diào)制器性能，而馬帕恩在一項(xiàng)仍在同行評(píng)審中的研究中展示了鈮酸鋰通過布里淵散射可能提供相當(dāng)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(dǎo)，去年展示了一個(gè)僅使用硅波導(dǎo)和芯片組合就能在6千兆赫茲的頻帶上實(shí)現(xiàn)2.7兆赫茲濾波的方法。該工作沒有集成調(diào)制器，但它暗示了一種潛在更簡單的制造路徑，涉及更少的材料。

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

當(dāng)然，集成光子芯片的夢想有很多組成部分。悉尼的研究人員寫道，其他廠家生產(chǎn)的調(diào)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了集成問題、性能問題和實(shí)用性問題，你就會(huì)獲得市場接受，” 馬帕恩說。