北京大學研究出由集成微腔光梳驅動的硅光片上集成系統(tǒng)

  原標題：北大王興軍教授團隊最新Nature文章報道在光子集成芯片和微系統(tǒng)方面的重大突破

  ICC訊 據(jù)北京大學消息，2022年5月18日，北京大學王興軍教授課題組和加州大學圣芭芭拉分校John E. Bowers教授課題組在《自然》(Nature)雜志在線發(fā)表文章“Microcomb-driven silicon photonic systems”，在世界上首次報道了由集成微腔光梳驅動的新型硅基光電子片上集成系統(tǒng)，表明了研究團隊歷時3年協(xié)同攻關，終于攻克了這一世界性難題。

論文截圖

  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 H?nsch教授因在光梳方面的杰出貢獻，獲得了2005年諾貝爾物理學獎。而近年來芯片級的光梳(微腔光梳)由于緊湊的尺寸和低廉的成本極大拓展了其應用范圍。然而，大部分基于微腔光梳的系統(tǒng)級應用中，僅有微腔本身為集成器件，其余的組成部分(包括泵浦激光器、無源/有源處理器件、電路控制單元)均未實現(xiàn)集成，在成本、尺寸和功耗上極大地削弱了微腔光梳芯片化帶來的優(yōu)勢，因此，集成光梳系統(tǒng)層面的集成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，硅基光電子集成芯片技術(硅光)借助成熟的CMOS工藝，可大規(guī)模集成傳統(tǒng)光學系統(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，可為下一代數(shù)據(jù)中心、通信系統(tǒng)、高性能計算、自動駕駛等領域帶來變革性突破，是公認的現(xiàn)代信息系統(tǒng)的功能升級和產(chǎn)業(yè)布局的核心技術，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(tǒng)規(guī)模的大幅度提升，硅基光電子片上系統(tǒng)架構正向多通道和高并行的架構演進，隨之而來的便是日趨增長的對低成本和高穩(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為是該領域最大的瓶頸之一。

  王興軍領導的研究團隊通過直接由半導體激光器泵浦集成微腔光頻梳，給硅基光電子集成芯片提供了所需的光源大腦，結合硅基光電子集成技術工業(yè)上成熟可靠的集成解決方案，完成大規(guī)模集成系統(tǒng)的高效并行化。利用這種高集成度的系統(tǒng)，實現(xiàn)T比特速率微通信和亞GHz微波光子信號處理，提出高密度多維復用的微通信和微處理芯片級集成系統(tǒng)的全新架構，開創(chuàng)了下一代多維硅光集成微系統(tǒng)子學科的發(fā)展。相關研究成果有望直接應用于數(shù)據(jù)中心、5/6G通信、自動駕駛、光計算等領域，為下一代片上光電子信息系統(tǒng)提供了全新的研究范式和發(fā)展方向。

集成微腔光梳驅動的硅基集成光電子片上系統(tǒng)圖

  該論文的共同第一作者為北京大學電子學院博新計劃博士后舒浩文，加州大學圣塔巴巴拉分校常林博士(目前已任職于北京大學電子學院，任助理教授、研究員，獨立PI并組建課題組)，北京大學電子學院2017級博士研究生陶源盛、2019級博士研究生沈碧濤。王興軍和John E. Bowers為論文的共同通訊作者。鵬城實驗室余少華院士參與本工作并給予了重要指導。主要合作者還包括加州大學圣塔巴巴拉分校謝衛(wèi)強博士(現(xiàn)為上海交通大學副教授)、博士研究生Andrew Netherton，北京大學電子學院博士研究生金明、陶子涵、張緒光以及博士后陳睿軒、白博文、秦軍(現(xiàn)為北京信息科技大學副教授)。該工作由北京大學電子學院區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點實驗室作為第一單位完成，也是和鵬城實驗室合作的重要成果，是鵬城實驗室電路與系統(tǒng)部重大攻關任務核心內容之一。

  編輯：安寧 | 責編：山石