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北京大學(xue)電子(zi)學(xue)院王興軍(jun)教授、彭(peng)超教授、舒浩文(wen)研究員聯(lian)合團隊在(zai)超高速純硅調(diao)制(zhi)器方面取(qu)得(de)創(chuang)記錄突破(po)，實現了全球首(shou)個(ge)電光帶寬(kuan)達110GHz的純硅調(diao)制(zhi)器，是(shi)自2004年(nian)英特爾在(zai)《自然》期刊報道第(di)一(yi)個(ge)1GHz硅調(diao)制(zhi)器后，國際上(shang)首(shou)次(ci)把純硅調(diao)制(zhi)器帶寬(kuan)提高到(dao)100GHz以(yi)上(shang)。相關研究成(cheng)果日前(qian)以(yi)《110GHz帶寬(kuan)慢光硅調(diao)制(zhi)器》為題在(zai)線發表于《科學(xue)·進展》。
“該純硅調制器同時(shi)具(ju)有超(chao)高(gao)帶寬、超(chao)小尺寸(cun)、超(chao)大(da)(da)通(tong)帶及互補金屬(shu)氧化物半導體(CMOS)集成(cheng)工藝兼容等(deng)優(you)勢，滿足了(le)未(wei)來超(chao)高(gao)速應用(yong)場(chang)景(jing)對超(chao)高(gao)速率(lv)、高(gao)集成(cheng)度、多(duo)波長通(tong)信、高(gao)熱穩定(ding)性及晶圓級生產等(deng)需求，是硅基光(guang)電(dian)子領域(yu)的重(zhong)大(da)(da)突(tu)破，為(wei)高(gao)速、短距離數據中心和光(guang)通(tong)信的應用(yong)提(ti)供了(le)重(zhong)要關(guan)鍵技術(shu)支撐，對于下(xia)一代數據中心的發展意義重(zhong)大(da)(da)。”王興軍介紹。
“隨著人工智能(neng)、大數據、云計(ji)算等新(xin)一代信(xin)息技術的(de)大規模應(ying)用，全球數據總量呈指數式增長，以硅基光電(dian)(dian)子(zi)(zi)為(wei)代表的(de)光電(dian)(dian)子(zi)(zi)集成技術成為(wei)光通(tong)信(xin)系統(tong)的(de)重要發(fa)展趨勢。在硅基光電(dian)(dian)子(zi)(zi)芯(xin)片系統(tong)中，硅基調制器可以實現(xian)電(dian)(dian)信(xin)號向光信(xin)號的(de)功能(neng)轉換，具有低成本、高(gao)集成度、CMOS工藝兼(jian)容等優(you)點，是完成片上信(xin)息傳(chuan)輸與處(chu)理的(de)關鍵有源器件。”王(wang)興軍表示(shi)，但(dan)受限于硅材料(liao)本身(shen)較慢的(de)載流子(zi)(zi)輸運速(su)率，純硅調制器帶(dai)寬典型值一般(ban)為(wei)30-40GHz，難以適應(ying)未來超過100Gbaud通(tong)信(xin)速(su)率的(de)需(xu)要，因而也成為(wei)硅基光電(dian)(dian)子(zi)(zi)學在高(gao)速(su)領(ling)域發(fa)展的(de)瓶頸之一。
在(zai)本次工(gong)(gong)作(zuo)中，研究團(tuan)隊(dui)針對傳統(tong)硅基(ji)調制(zhi)(zhi)器(qi)帶寬(kuan)受限問(wen)題，利用硅基(ji)耦合諧振(zhen)腔(qiang)光波導(dao)結構引(yin)入慢光效應，構建了(le)完整的(de)硅基(ji)慢光調制(zhi)(zhi)器(qi)理(li)論模型，通(tong)過合理(li)調控結構參數以(yi)綜合平衡光學與(yu)電學指標因素，實現對調制(zhi)(zhi)器(qi)性能的(de)深度優化。研究團(tuan)隊(dui)基(ji)于CMOS集(ji)成工(gong)(gong)藝(yi)兼容(rong)的(de)硅基(ji)光電子標準工(gong)(gong)藝(yi)，在(zai)純硅材料體系下(xia)(xia)設計并(bing)制(zhi)(zhi)備了(le)在(zai)1550納(na)米(mi)左右(you)通(tong)信波長(chang)下(xia)(xia)工(gong)(gong)作(zuo)的(de)超(chao)高帶寬(kuan)硅基(ji)慢光調制(zhi)(zhi)器(qi)，實現了(le)110GHz的(de)超(chao)高電光帶寬(kuan)，突破(po)了(le)迄今為止純硅調制(zhi)(zhi)器(qi)的(de)帶寬(kuan)上限，并(bing)同時將(jiang)調制(zhi)(zhi)臂尺寸縮(suo)短(duan)至百微(wei)米(mi)數量級，在(zai)無需數字信號處(chu)理(li)的(de)情況下(xia)(xia)，以(yi)簡單二進制(zhi)(zhi)振(zhen)幅鍵控調制(zhi)(zhi)格(ge)式(shi)實現了(le)單通(tong)道超(chao)過110Gbps的(de)高速信號傳輸，降低了(le)算法(fa)成本與(yu)信號延遲，同時在(zai)寬(kuan)達8納(na)米(mi)的(de)超(chao)大光學通(tong)帶內保持多波長(chang)通(tong)信性能的(de)高度均(jun)一性。
“研究團隊在(zai)不引入異(yi)質材料與復雜工藝的(de)前提下，實(shi)現了(le)硅基調制器帶寬性能(neng)的(de)飛(fei)躍(yue)，未來還可實(shi)現低成本晶圓級(ji)的(de)量產，展示了(le)硅基光電子學在(zai)下一代超高速應用(yong)領域(yu)的(de)巨大(da)價值。”王興軍說。
來源：光明日報(記者：晉浩天)
原標題：《全球首個!中國科(ke)學家(jia)獲重大突(tu)破》
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