科學(xué)家利用硅基器件實(shí)現(xiàn)全光超高速信號處理

　　全光處理是通信研發(fā)中的熱點(diǎn)，速度、功率和成本至關(guān)重要。全光處理的關(guān)鍵是具有高非線性的光學(xué)波導(dǎo)和超高速的性能。來自德國Karlsruhe大學(xué)、比利時(shí)大學(xué)校際微電子研究中心、美國Lehigh大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的研究人員采用硅基器件實(shí)現(xiàn)了全光超高速通信信號處理，傳輸速率為100 Gbit/s。

　　研究人員通過將深紫外光刻、標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝和有機(jī)分子束沉積等技術(shù)結(jié)合起來，制造了一種創(chuàng)新型的光學(xué)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。這個(gè)被稱作是硅-有機(jī)雜化物（silicon-organichybrid，SOH）構(gòu)成的波導(dǎo)，為全光信號處理鋪平了道路（不必麻煩地將光子和電子之間相互轉(zhuǎn)換），是滿足未來快速增長的全球通信需要的各種解決方案中最有前途的一種。

　　研究人員通過成熟的CMOS工藝來制造波導(dǎo)，有機(jī)分子束沉積技術(shù)用來在波導(dǎo)上覆蓋有機(jī)分子，這些有機(jī)分子使得SOH 波導(dǎo)具有加大的非線性，并沒有引入較大損耗。長達(dá)4 mm的SOH波導(dǎo)在1.55 μm通信波段中，非線性系數(shù)約為105 (Wkm)-1，理論上的數(shù)值第一次在試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。在這樣的波導(dǎo)中，通過四波混頻將170.8Gbit/s 全光多路分解成42.7 Gbit/s。這是目前為止光子光學(xué)信號處理速度的世界紀(jì)錄，該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了可將SOH 波導(dǎo)應(yīng)用于寬帶通信信號全光處理的可行性。

　　這種SOH波導(dǎo)超越了一些硅固有的限制。硅基技術(shù)被認(rèn)為是非常適合制造各種不同的被動(dòng)線性光學(xué)器件。但是由于硅中有害的非線性效應(yīng)，超高速主動(dòng)硅基功能的開發(fā)，如全光開關(guān)等，仍然是一大挑戰(zhàn)。迄今為止，硅波導(dǎo)的信號傳輸速率極限是40 Gbit/s。SOH 波導(dǎo)超越了這一極限，速率超過了100 Gbit/s。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然—光子學(xué)》（Nature Photonics）上（文章標(biāo)題：All-optical high-speed signal processing with silicon–organic hybrid slot waveguides）。

　　（《自然—光子學(xué)》（Nature Photonics），3, 216 - 219，C. Koos，J. Leuthold）