香港城市大學、哈佛大學和諾基亞-貝爾實驗室最近合作報道了小型片上LiNbO3調(diào)制器，長度僅10~20mm，表面積相比傳統(tǒng)LiNbO3調(diào)制器縮小100倍，傳輸速率更快，數(shù)據(jù)帶寬35GHz~100GHz，而功耗更低、光損耗大幅降低。研究者表示，該發(fā)明將為未來高速、低功耗、高成本-效益通信網(wǎng)絡及量子光子計算鋪平道路。
新型調(diào)制器與傳統(tǒng)調(diào)制器尺寸對比
現(xiàn)有常用LiNbO3調(diào)制器需要3~5V的高驅(qū)動電壓，遠高于典型CMOS電路可提供的1V電壓，電子放大器的存在導致器件較大的體積、功耗和價格。香港城市大學等機構(gòu)開發(fā)了一種新的LiNbO3調(diào)制器制備方法，可獲得超高電-光帶寬，且電壓與CMOS電路兼容。研究人員評論稱：“未來，可將CMOS電路與調(diào)制器緊密并排放置，實現(xiàn)更高集成度和更低功耗，無需電子放大器。”憑借研究團隊的先進納米制造技術，該調(diào)制器不僅尺寸更小，且數(shù)據(jù)傳輸速率可達210Gbps，光損耗較現(xiàn)有調(diào)制器降低10倍。研究者進一步指出，LiNbO3的電學和光學性質(zhì)使其成為最佳的調(diào)制器材料，但制造納米級的LiNbO3調(diào)制器極為困難，阻礙了該器件的小型化。LiNbO3的化學惰性也導致了傳統(tǒng)化學刻蝕方法不適用，而一般認為物理刻蝕方法無法獲得光滑的刻蝕表面，但研究團隊證明了其新穎的納米制造技術。
論文第一作者Wang Cheng自2013年攻讀哈佛大學博士學位時即開展該項研究，其本人最近加入香港城市大學，正與太赫茲和毫米波國家重點實驗室團隊一起研究將其用于即將到來的5G通信。研究者相信該發(fā)明也可實現(xiàn)量子光子學應用。
另一位作者表示，該項研究展示了集成光子學的一項基礎技術突破，該技術平臺可實現(xiàn)大規(guī)模、高速、超低功耗光子電路，實現(xiàn)一系列未來量子和經(jīng)典光通信與計算應用。
哈佛的技術發(fā)展辦公室已與Loncar實驗室合作成立了一家初創(chuàng)公司HyperLight，打算將與該研究相關的基礎知識產(chǎn)權(quán)包商業(yè)化。諾基亞-貝爾實驗室的光傳輸主任Peter Winzer表示：“高度集成且高性能的光學調(diào)制器對于實現(xiàn)光子和數(shù)字電子器件更緊密集成至關重要，也為未來光纖輸入輸出光電處理引擎鋪平了道路，我們認為該調(diào)制器技術是實現(xiàn)此類解決方案的有力候選者。”
參考文獻《Integrated lithium niobate electro-optic modulators operating atCMOS-compatible voltages》