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江伟:用新型芯片探路节能减排

  • 发布时间:2015-11-25 01:30:53  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  ■周三有约

  文·本报记者 姜 靖

  世界各发达国家都把硅基光电子作为长远发展目标。由于可以实现超小体积、低能耗、CMOS兼容的单片高密度光电集成,基于硅基微纳波导的硅基光子学,已被各国公认为突破计算机和通信超大容量、超高速信息传输和处理瓶颈的最理想技术之一。多年致力于硅基光子学、光子晶体研究的南京大学现代工程与应用科学学院教授江伟,取得了一系列富有创新性的成果。

  “利用硅基电子器件可实现大规模低成本光子集成,并可与硅基光电子器件实现光-电同片集成,可以在光互联、光通讯、光信号处理等方面带来革命性的技术突破。”江伟告诉本报记者。

  长期以来,作为硅光子芯片中最常用的组件——硅波导,由于相邻波导靠近时强烈耦合产生的信号串扰而不能进行亚微米或亚波长间距的高密度集成。这是光子集成领域的一个经典难题。

  此问题貌似简单,却突破点难寻。针对此难题,江伟创造性地提出了“波导超晶格”的方案。该方案将包含若干不同宽度波导的“超元胞”在空间中周期性重复形成波导超晶格,通过控制超元胞中各个波导的宽度来抑制波导之间的相互耦合。

  而他的这项研究工作始于2009年。在此过程中,他的研究团队遇到了理论、模拟、加工等诸多挑战。比如在加工过程中,一个微小的颗粒或缺陷就可以让两个波导(“光学导线”)“短路”,进而破坏整个结构的耦合抑制特性。在测试中,一个结构中往往有超过100个串扰通道需要去测定。有时候,顺序测完90多个理想的通道才发现一个由于缺陷造成的强串扰通道,几个星期的努力就都白费了。

  但宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。通过发展新理论与模拟工具、提高加工工艺、完善测试技巧,经过长期的努力,最终得到了串扰低于-20dB的半波长间距的波导超晶格。这项突破引起业界的高度关注。

  由于高密度波导集成是一个基础性问题,在硅基光子芯片降低成本、提高性能、降低能耗等方面都有着广阔的应用前景。如可用于大幅度提高波分复用、空分复用、光谱仪、光学相控阵等相关器件的性能,或降低其成本,并为创制硅基高速空间光调制器等新型器件提供了可能。

  “硅基光子技术不但是学科前沿,也是未来信息产业的一个重要发展方向,我们的研究还将继续。”江伟说。

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