科學(xué)家利用硅基器件實(shí)現(xiàn)全光超高速信號(hào)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(lái)自德國(guó)Karlsruhe大學(xué)、比利時(shí)大學(xué)校際微電子研究中心、美國(guó)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(hào)處理，傳輸速率為100 Gbit/s。

　　研究人員通過(guò)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(lái)，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(chēng)作是硅-有機(jī)雜化物（silicon-organichybrid，SOH）構(gòu)成的波導(dǎo)，為全光信號(hào)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(lái)快速增長(zhǎng)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(guò)成熟的CMOS工藝來(lái)制造波導(dǎo)，有機(jī)分子束沉積技術(shù)用來(lái)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(méi)有引入較大損耗。長(zhǎng)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(guò)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(hào)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(hào)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(kāi)發(fā)，如全光開(kāi)關(guān)等，仍然是一大挑戰(zhàn)。迄今為止，硅波導(dǎo)的信號(hào)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(guò)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）。

　?。ā蹲匀?mdash;光子學(xué)》（Nature Photonics），3, 216 - 219，C. Koos，J. Leuthold）