光子芯片空间利用率与通道干扰难题被攻克

7月23日，一篇发表在《自然》上的论文，让光子学界的目光再次聚焦国内——东南大学联合南京大学、香港科技大学，在拓扑光子器件上搞了个大动作。

简单说，他们解决了两个长期卡脖子的难题：光子芯片里的空间浪费，以及通道之间的互相干扰。

传统拓扑光波导的硬伤

现在光通信和光子计算设备越做越小，谁都想在一块芯片里塞进更多光路通道。

传统拓扑光波导虽然能带着光线绕过弯折、瑕疵稳定传输，但有个硬伤：必须留出大片的隔离区域来分隔光路。

这些区域不能传输信号，等于芯片内部白白浪费了一大部分空间，利用率上不去。

新结构：多车道并行高速路

怎么理解这事儿？老式光路就像单车道小路，两侧还带着宽阔的隔离带，能走光的区域占比很小。

而这次研发的新结构，相当于直接修了一条多车道并行的高速路——每一条光路既能传输光信号，又能充当相邻通道的隔离护栏。

不用额外预留隔离区域，整块芯片空间几乎可以100%利用起来。

四种特殊“光子晶体”材料设计

团队的具体做法是设计出四种特殊的“光子晶体”材料，把两种不同光学特性结合在一起，让它们同时承担光路传输和隔离防护两种角色。

按照特定顺序排布后，能同时开出四条独立的单向通道。

光线在60度、90度、120度的急弯里穿行，也不会反向散射，不同通道之间自然互不干扰。

光可铺满整条通道，调控更灵活

更妙的是，传统设备里光线只能贴着通道边缘传输，而这套新结构可以让光铺满整条通道，还能自由调整光线的宽窄、位置。

换句话说，一块芯片里就能同时完成信号传输和光束调控，设备紧凑度大幅提升。

团队已经在微波频段完成了实验验证，整套结构运行稳定可靠。

突破固有思路，开辟全新“交通规则”

这项研究打破了过去光路只能依靠材料边界传输的固有思路，整片区域都能并行传输稳定光信号。

相当于给光子芯片开辟了全新的“交通规则”。

应用前景：高密度光子芯片与多频段扩展

落地之后最直接的用处，就是打造高密度光子芯片——同等面积能承载更多数据通道，大幅提升光通信、光子计算设备的信息处理能力。

而且技术还能拓展到通信光、太赫兹等多个实用频段，想象空间不小。

当前阶段与未来挑战

当然，目前整套方案还处在实验室阶段。想要大规模商用，还得攻克材料损耗、元件对接、芯片集成等一系列工程问题。

不过这次跨校联合攻关属于国内原创基础突破，为下一代高速光通信、片上光子计算提供了全新的底层方案，也补齐了国产光子芯片自主研发路上的一块关键技术储备。

《夸克》非常好用的免费AI浏览器

下载APP查看