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              新突破:北大團隊研制出全球首個110GHz純硅調制器

              時間:2023-10-24來源:光明日報

              北京大學電子學院王興軍教授、彭超教授、舒浩文研究員聯合團隊在超高速純硅調制器方面取得創記錄突破,實現了全球首個電光帶寬達110GHz的純硅調制器,是自2004年英特爾在《自然》期刊報道第一個1GHz硅調制器后,國際上首次把純硅調制器帶寬提高到100GHz以上。相關研究成果日前以《110GHz帶寬慢光硅調制器》為題在線發表于《科學·進展》。

              “該純硅調制器同時具有超高帶寬、超小尺寸、超大通帶及互補金屬氧化物半導體(CMOS)集成工藝兼容等優勢,滿足了未來超高速應用場景對超高速率、高集成度、多波長通信、高熱穩定性及晶圓級生產等需求,是硅基光電子領域的重大突破,為高速、短距離數據中心和光通信的應用提供了重要關鍵技術支撐,對于下一代數據中心的發展意義重大。”王興軍介紹。

              “隨著人工智能、大數據、云計算等新一代信息技術的大規模應用,全球數據總量呈指數式增長,以硅基光電子為代表的光電子集成技術成為光通信系統的重要發展趨勢。在硅基光電子芯片系統中,硅基調制器可以實現電信號向光信號的功能轉換,具有低成本、高集成度、CMOS工藝兼容等優點,是完成片上信息傳輸與處理的關鍵有源器件。”王興軍表示,但受限于硅材料本身較慢的載流子輸運速率,純硅調制器帶寬典型值一般為30-40GHz,難以適應未來超過100Gbaud通信速率的需要,因而也成為硅基光電子學在高速領域發展的瓶頸之一。

              在本次工作中,研究團隊針對傳統硅基調制器帶寬受限問題,利用硅基耦合諧振腔光波導結構引入慢光效應,構建了完整的硅基慢光調制器理論模型,通過合理調控結構參數以綜合平衡光學與電學指標因素,實現對調制器性能的深度優化。研究團隊基于CMOS集成工藝兼容的硅基光電子標準工藝,在純硅材料體系下設計并制備了在1550納米左右通信波長下工作的超高帶寬硅基慢光調制器,實現了110 GHz的超高電光帶寬,突破了迄今為止純硅調制器的帶寬上限,并同時將調制臂尺寸縮短至百微米數量級,在無需數字信號處理的情況下,以簡單二進制振幅鍵控調制格式實現了單通道超過110 Gbps的高速信號傳輸,降低了算法成本與信號延遲,同時在寬達8納米的超大光學通帶內保持多波長通信性能的高度均一性。

              “研究團隊在不引入異質材料與復雜工藝的前提下,實現了硅基調制器帶寬性能的飛躍,未來還可實現低成本晶圓級的量產,展示了硅基光電子學在下一代超高速應用領域的巨大價值。”王興軍說。

              (原標題:新突破!我科學家研制出全球首個110GHz純硅調制器)

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