悉尼大学科研团队日前成功开拓出一种结合光子和电子元件的通信芯片原型，这一打破性成果为前辈雷达、卫星系统、高等无线网络以及未来的6G和7G移动技能铺平了道路。
在传统的电子电路板中集成光基或光子元件，研究职员显著增加了射频（RF）带宽，并证明了高频旗子暗记精度的提升。他们通过采购硅晶圆并以“小芯片”形式连接电子和光子元件，构建了这款0.2 x 0.2英寸（5 x 5毫米）的网络半导体芯片事情原型。
集成Si-As2S3MWP陷波滤波器的高等事理图。RF输入旗子暗记由Si-As2S3芯片上的调制器调制到光载波上。然后对调制的光旗子暗记进行处理并进行光电检测。陷波滤波器相应在RF输出频谱中可见，个中f1处的频谱分量被衰减，而f2处的旗子暗记则没有衰减。bSi-As2S3PIC的图片，个中包含(c)用于光载波掌握的硅EO调制器和电路，以及(d)用于布里渊处理的As2S3螺旋波导的假色光学显微镜图像。PIC光子集成电路、EO电光、CSR载边带比、TC可调谐耦合器、TPS可调谐移相器、VOA可变光衰减器。
个中的关键寻衅在于将光子和电子元件以及有效的微波光子滤波器整合在一个芯片上。然而，研究团队通过精确调度到较高频段的特定频率，使得更多的信息能够更准确地通过芯片，这对付依赖更高频率的未来无线技能至关主要。
此外，他们还改进了芯片过滤信息的办法。传统的微波滤波器阻挡缺点频率范围的旗子暗记，而微波光子滤波器则对基于光的旗子暗记实行相同的功能。通过引入带有有源EO组件的紧凑型5mm×5mm芯片级MWP陷波滤波器，研究团队展示了37MHz的光谱分辨率。这一造诣得益于在包含集成调制器和光电探测器的互补金属氧化物半导体(CMOS)代工制造的硅光子芯片中异构集成硫族化物波导，硫族化物波导供应布里渊增益。
实验设置。b丈量的射频陷波滤波器相应，具有37MHz的窄3dB带宽和注释的51dB大抑制。c在8GHz处测得的带有陷波的MWP陷波滤波器的RF相应。d陷波滤波器频率调谐。陷波频率在2.5–15GHz之间变革。e丈量两个不同CSR的光谱。Si-As2S3PIC上的光学处理将CSR从CSR1（蓝色）降落到CSR2（橙色）。调制边带与光载波偏移7GHz。f丈量具有CSR1和CSR2的陷波滤波器的RF相应。g丈量的陷波和带通滤波器相应。通过改变片上DDMZM的DC偏置可以产生带通相应，从而使光电流在布里渊谐振之外产生毁坏性滋扰。L激光器（TeraxionNLL）、EDFA掺铒光纤放大器、PC偏振掌握器、C环行器、TC可调谐耦合器、VOA可变光衰减器、TPS可调谐移相器、DDMZM双驱动Mach-Zehnder调制器、BPF带通滤波器（BPF1、BPF3：SantecOTF-320。BPF2：AlnairBVF-300CL）。
目前，这项研究成果正处于发展阶段，只管已经取得了显著的进步，但仍存在一些待办理的问题，如降落As2S3波导的损耗以进一步提高射频链路性能等。然而，纵然在当前阶段，该研究成果已经为6G技能的发展供应了主要的蓝图，并有望对多个领域产生深远影响。
a布里渊增益光学丈量的简化设置。b丈量的布里渊增益和损耗相应。c布里渊增益电子丈量的简化设置。d阴影迹线表示不同耦合泵浦功率(P)下As2S3波导中测得的SBS相应。实线代表洛伦兹拟合。e测得的SBS增益与泵浦功率的函数关系。OSA光谱剖析仪(APEXAP2083A)、VNA矢量网络剖析仪(AgilentPNAN5224A)、PD光电探测器、EDFA掺铒光纤放大器、DDMZM双驱动Mach-Zehnder调制器。布里渊频移由ΩB表示。
随着对该设备的持续优化和激光器的集成，完备集成的基于布里渊的MWP系统有望成为现实。这将推动新型集成平台的发展，实现一系列片上MWP处理功能，包括移相器、真实时间延迟、频率转换器和射频源。这些技能不仅将改造雷达、卫星通信和无线网络，还有可能运用于航空航天、国防、物联网等多个领域，办理这些领域中的旗子暗记处理难题。
更主要的是，这种高性能、紧凑型的光基半导体芯片将对社会经济发展产生积极的推动浸染。通过提升通信效率和数据处理能力，它将为信息时期注入新的活力，促进技能创新和家当升级。
总的来说，这项结合光子和电子元件的通信芯片研究是无线通信领域的一个主要里程碑。科研团队通过创新的方法和严谨的实验，成功办理了长期存在的技能难题，为行业和社会带来了本色性的进步。随着未来的发展和运用，我们期待这一科研成果能在更多领域发挥其独特的上风，推动科学技能的进步和社会经济的发展。
参考资料Integrated microwave photonic notch filter using a heterogeneously integrated Brillouin and active-silicon photonic circuit
Matthew Garrett, Yang Liu, Moritz Merklein, Cong Tinh Bui, Choon Kong Lai, Duk-Yong Choi, Stephen J. Madden, Alvaro Casas-Bedoya & Benjamin J. Eggleton
https://doi.org/10.1038/s41467-023-43404-x
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