北京大學(xué)教授王興軍課題組和美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校教授John E. Bowers課題組在世界上首次報(bào)道了由集成微腔光梳驅(qū)動(dòng)的新型硅基光電子片上集成系統(tǒng)。相關(guān)研究5月18日在線發(fā)表于《自然》。

       王興軍告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，這個(gè)工作是集成光梳和硅光的完美結(jié)合，它打通了光梳從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的“最后一公里”，讓這項(xiàng)技術(shù)走向大規(guī)模應(yīng)用成為可能。同時(shí)，它也解決了硅光多路并行光源的世界性難題，使硅光有了自己的“大腦”。

       光梳，又叫光學(xué)頻率梳，因其用途廣泛，一直以來(lái)都是國(guó)際光學(xué)界的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)芯片級(jí)的光梳（微腔光梳）由于緊湊的尺寸和低廉的成本極大拓展了其應(yīng)用范圍。然而，大部分基于微腔光梳的系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用中，僅有微腔本身為集成器件，其余的組成部分均未實(shí)現(xiàn)集成，在成本、尺寸和功耗上極大削弱了微腔光梳芯片化帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。因此，系統(tǒng)層面的集成對(duì)光梳技術(shù)的實(shí)用化和普及化具有重要意義。

       與此同時(shí)，近20年來(lái)，硅基光電子集成芯片技術(shù)（硅光）借助成熟的CMOS工藝，可大規(guī)模集成傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)所需的功能器件，極大提升片上信息傳輸和處理的速度和容量。

       目前，隨著應(yīng)用市場(chǎng)的拓展和系統(tǒng)規(guī)模的大幅度提升，硅基光電子片上系統(tǒng)架構(gòu)正向多通道和高并行的架構(gòu)演進(jìn)，隨之而來(lái)的便是日趨增長(zhǎng)的對(duì)低成本和高穩(wěn)定性并行光源的需求。然而，由于硅材料本身不發(fā)光，硅基激光器的實(shí)現(xiàn)一直是世界性難題，在硅基光電子芯片上研發(fā)出多路并行的硅基光源更被公認(rèn)為是該領(lǐng)域最大的瓶頸之一。

       王興軍團(tuán)隊(duì)通過(guò)直接由半導(dǎo)體激光器泵浦集成微腔光梳，給硅基光電子集成芯片提供了所需的光源“大腦”，結(jié)合硅基光電子集成技術(shù)工業(yè)上成熟、可靠的集成解決方案，完成了大規(guī)模集成系統(tǒng)的高效并行。

       談及未來(lái)應(yīng)用，王興軍說(shuō)，“相關(guān)研究成果有望直接應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、5/6G通信、自動(dòng)駕駛、光計(jì)算等領(lǐng)域，為下一代片上光電子信息系統(tǒng)提供全新的研究范式和發(fā)展方向?！?/p>

       相關(guān)論文信息：

       https://doi.org/10.1038/s41586-022-04579-3

       《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2022-05-20 第1版 要聞)