北大團隊攻克一世界性難題,成果涉及光子整合晶片和微系統

IT之家 5 月 19 日訊息,據北京大學官網訊息,2022 年 5 月 18 日,北京大學王興軍教授課題組和加州大學聖芭芭拉分校 John E。 Bowers 教授課題組在《自然》(Nature)雜誌線上發表文章“Microcomb-driven silicon photonic systems”,在世界上首次報道了由整合微腔光梳驅動的新型矽基光電子片上整合系統,

表明了研究團隊歷時 3 年協同攻關,終於攻克了這一世界性難題

北大團隊攻克一世界性難題,成果涉及光子整合晶片和微系統

報道稱,光梳,又叫光學頻率梳,因其用途廣泛,一直以來都是國際光學界的重要研究熱點。美國國家標準與技木研究院 John Lewis Hall 教授和德國馬普量子光學所的 Theodor Hänsch 教授因在光梳方面的傑出貢獻,獲得了 2005 年諾貝爾物理學獎。而近年來晶片級的光梳(微腔光梳)由於緊湊的尺寸和低廉的成本極大拓展了其應用範圍。然而,大部分基於微腔光梳的系統級應用中,僅有微腔本身為整合器件,其餘的組成部分(包括泵浦鐳射器、無源 / 有源處理器件、電路控制單元)均未實現整合,在成本、尺寸和功耗上極大地削弱了微腔光梳晶片化帶來的優勢,因此,整合光梳系統層面的整合對光頻梳技術的實用化和普及化具有重大意義。

與此同時,近 20 年來,矽基光電子整合晶片技術(矽光)藉助成熟的 CMOS 工藝,可大規模整合傳統光學系統所需的功能器件,極大提升片上資訊傳輸和處理的速度和容量,可為下一代資料中心、通訊系統、高效能計算、自動駕駛等領域帶來變革性突破,是公認的現代資訊系統的功能升級和產業佈局的核心技術,是世界光電子領域競爭的主陣地。目前,隨著應用市場的拓展和系統規模的大幅度提升,矽基光電子片上系統架構正向多通道和高並行的架構演進,隨之而來的便是日趨增長的對低成本和高穩定性並行光源的需求。然而,由於矽材料本身不發光,矽基鐳射器的實現一直是世界性難題,在矽基光電子晶片上研發出多路並行的矽基光源更被公認為是該領域最大的瓶頸之一。

王興軍領導的研究團隊透過直接由半導體鐳射器泵浦整合微腔光頻梳,給矽基光電子整合晶片提供了所需的光源大腦,結合矽基光電子整合技術工業上成熟可靠的整合解決方案,完成大規模整合系統的高效並行化。利用這種高整合度的系統,實現 T 位元速率微通訊和亞 GHz 微波光子訊號處理,提出高密度多維複用的微通訊和微處理晶片級整合系統的全新架構,開創了下一代多維矽光整合微系統子學科的發展。

相關研究成果有望直接應用於資料中心、5/6G 通訊、自動駕駛、光計算等領域

,為下一代片上光電子資訊系統提供了全新的研究正規化和發展方向。

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