來自英國南安普頓大學(xué)和法國波爾多德Optique研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，通過控制光照來使得硅芯片實現(xiàn)可編程邏輯。硅光子學(xué)是下一代芯片技術(shù)和光通信技術(shù)的根基，定位于實現(xiàn)光學(xué)互連、微波光子電路以及集成光學(xué)傳感器等新興應(yīng)用。

研究人員認(rèn)為，雖然光子芯片一般都是“硬連接”的，但是通過光學(xué)器件的重構(gòu)可以使得光線走向更加靈活自由，使得可編程光學(xué)電路稱為一種可能。他們稱，“空間光調(diào)制器通常使用液晶或者微透鏡來實現(xiàn)像素的獨立控制，這些技術(shù)對光學(xué)的發(fā)展帶來了徹底的變革，使得近些年來在成像光學(xué)、全息光學(xué)以及自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域有了全新的應(yīng)用。”

他們最新的研究成果刊登在了Optica雜志上，團(tuán)隊利用的是多模干涉設(shè)備(MMI)。但與傳統(tǒng)的固定模式不同的是，他們使用飛秒激光來實現(xiàn)MMI的動態(tài)模式變換?？梢詫崿F(xiàn)透射光的有效調(diào)制，實現(xiàn)部分模式通過，部分模式被反射。

通過使用一個1×2的MMI分光器和一個受飛秒激光擾動的投影圖案，實現(xiàn)了光路由到單個出口97%的 效率，并使得器件實現(xiàn)可編程。團(tuán)隊的主要研究人員，南安普頓大學(xué)的博士后研究員Roman Bruck評論說，“我們的研究成果證明了可以通過調(diào)制光線來照射芯片來達(dá)到繼承光路的可編程性。集成的空間光調(diào)制器使得傳統(tǒng)的硅光子學(xué)器件可以作為通用的重構(gòu)器件。”

刊登在Optica雜志上的文章中描述道，“理論上，通過在一定范圍內(nèi)對材料折射率的調(diào)制可以實現(xiàn)光線傳播方向的完全控制，這種技術(shù)的實現(xiàn)類似于現(xiàn)場可編程邏輯器件(FPGA)。其實早在之前，類似于FPGA的光學(xué)結(jié)構(gòu)就已經(jīng)有了一些討論，諸如微波和氮化硅波導(dǎo)?；诔墒斓墓韫庾悠脚_的全光學(xué)的 FPGA類似物已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，例如光通信中波分復(fù)用、波長選擇以及路由等。”

此項技術(shù)的實際應(yīng)用包括了全光學(xué)可重構(gòu)路由器、光網(wǎng)絡(luò)的超快光學(xué)調(diào)制器和光學(xué)開關(guān)以及微波光子電路等等?，F(xiàn)在需要的工作就是將這些想法盡快發(fā)展成實際應(yīng)用。

“功能增加”

在接受記者采訪時，項目負(fù)責(zé)人，南安普頓大學(xué)的物理學(xué)、天文學(xué)教授Otto Muskens教授描述了當(dāng)前研究的最新進(jìn)展以及市場預(yù)期。光互連技術(shù)正在成為當(dāng)今光網(wǎng)絡(luò)的骨干技術(shù)。芯片級的互連技術(shù)目前已經(jīng)有多種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)，具體實現(xiàn)取決于是否是單色光，以及復(fù)色光輸出的時候是否需要獨立傳播到單獨的輸出上。

“很多功能能夠通過傳統(tǒng)器件的級聯(lián)實現(xiàn)，例如陣列波導(dǎo)光柵和干涉器。但是由于這些傳統(tǒng)器件尺寸較大，受制于硅光學(xué)芯片有效尺寸，限制了它們在光網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用。但是我們的方法與傳統(tǒng)的不同，通過使用多?？刂瓶梢允蛊骷挪嫉煤芫o湊。通過擾動模式，可以決定光線的傳播方向。這個概念很常見，并有望用于實現(xiàn)高度靈活小巧的路由器。”

“目前我們的工作更多仍然是基礎(chǔ)性的研究，接下來需要將新概念轉(zhuǎn)化為實際的產(chǎn)品以及設(shè)備。我們相信光學(xué)控制將是未來一個可行的方法，一方面由于有效光源的成本越來越低，另一方面光源和調(diào)制器可以直接集成在芯片上。這種實現(xiàn)方法有可能會在下一代ROADM應(yīng)用中大展身手。”

“此外，還需要更多的工作來探索此項技術(shù)的具體的實現(xiàn)機制。由于本技術(shù)依賴于外部光源和數(shù)字微反射鏡用于調(diào)制，所以它最一開始的應(yīng)用應(yīng)該是基于實驗室設(shè)備的開發(fā)，慢慢才會轉(zhuǎn)向大規(guī)模晶圓的加工及測試。最終，我們會將此項技術(shù)推向現(xiàn)場可編程邏輯器件，屆時邏輯器件的功能改變將不再需要全新設(shè)計和制造周期。目前我們正在著力于在南安普頓硅光電子計劃內(nèi)進(jìn)行商業(yè)推廣。”