香港城市大學(xué)、哈佛大學(xué)和諾基亞-貝爾實(shí)驗(yàn)室最近合作報(bào)道了小型片上LiNbO3調(diào)制器，長(zhǎng)度僅10~20mm，表面積相比傳統(tǒng)LiNbO3調(diào)制器縮小100倍，傳輸速率更快，數(shù)據(jù)帶寬35GHz~100GHz，而功耗更低、光損耗大幅降低。研究者表示，該發(fā)明將為未來(lái)高速、低功耗、高成本-效益通信網(wǎng)絡(luò)及量子光子計(jì)算鋪平道路。
新型調(diào)制器與傳統(tǒng)調(diào)制器尺寸對(duì)比
現(xiàn)有常用LiNbO3調(diào)制器需要3~5V的高驅(qū)動(dòng)電壓，遠(yuǎn)高于典型CMOS電路可提供的1V電壓，電子放大器的存在導(dǎo)致器件較大的體積、功耗和價(jià)格。香港城市大學(xué)等機(jī)構(gòu)開發(fā)了一種新的LiNbO3調(diào)制器制備方法，可獲得超高電-光帶寬，且電壓與CMOS電路兼容。研究人員評(píng)論稱：“未來(lái)，可將CMOS電路與調(diào)制器緊密并排放置，實(shí)現(xiàn)更高集成度和更低功耗，無(wú)需電子放大器。”憑借研究團(tuán)隊(duì)的先進(jìn)納米制造技術(shù)，該調(diào)制器不僅尺寸更小，且數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)210Gbps，光損耗較現(xiàn)有調(diào)制器降低10倍。研究者進(jìn)一步指出，LiNbO3的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)使其成為最佳的調(diào)制器材料，但制造納米級(jí)的LiNbO3調(diào)制器極為困難，阻礙了該器件的小型化。LiNbO3的化學(xué)惰性也導(dǎo)致了傳統(tǒng)化學(xué)刻蝕方法不適用，而一般認(rèn)為物理刻蝕方法無(wú)法獲得光滑的刻蝕表面，但研究團(tuán)隊(duì)證明了其新穎的納米制造技術(shù)。
論文第一作者Wang Cheng自2013年攻讀哈佛大學(xué)博士學(xué)位時(shí)即開展該項(xiàng)研究，其本人最近加入香港城市大學(xué)，正與太赫茲和毫米波國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)一起研究將其用于即將到來(lái)的5G通信。研究者相信該發(fā)明也可實(shí)現(xiàn)量子光子學(xué)應(yīng)用。
另一位作者表示，該項(xiàng)研究展示了集成光子學(xué)的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)突破，該技術(shù)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高速、超低功耗光子電路，實(shí)現(xiàn)一系列未來(lái)量子和經(jīng)典光通信與計(jì)算應(yīng)用。
哈佛的技術(shù)發(fā)展辦公室已與Loncar實(shí)驗(yàn)室合作成立了一家初創(chuàng)公司HyperLight，打算將與該研究相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)產(chǎn)權(quán)包商業(yè)化。諾基亞-貝爾實(shí)驗(yàn)室的光傳輸主任Peter Winzer表示：“高度集成且高性能的光學(xué)調(diào)制器對(duì)于實(shí)現(xiàn)光子和數(shù)字電子器件更緊密集成至關(guān)重要，也為未來(lái)光纖輸入輸出光電處理引擎鋪平了道路，我們認(rèn)為該調(diào)制器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)此類解決方案的有力候選者。”
參考文獻(xiàn)《Integrated lithium niobate electro-optic modulators operating atCMOS-compatible voltages》