科学家利用硅基器件实现全光超高速信号处理

全光处理是通信研发中的热点，速度、功率和成本至关重要。全光处理的关键是具有高非线性的光学波导和超高速的性能。来自德国Karlsruhe大学、比利时大学校际微电子研究中心、美国Lehigh大学等研究机构的研究人员采用硅基器件实现了全光超高速通信信号处理，传输速率为100 Gbit/s。
 
　　研究人员通过将深紫外光刻、标准CMOS工艺和有机分子束沉积等技术结合起来，制造了一种创新型的光学波导结构。这个被称作是硅-有机杂化物（silicon-organichybrid，SOH）构成的波导，为全光信号处理铺平了道路（不必麻烦地将光子和电子之间相互转换），是满足未来快速增长的全球通信需要的各种解决方案中最有前途的一种。
 
　　研究人员通过成熟的CMOS工艺来制造波导，有机分子束沉积技术用来在波导上覆盖有机分子，这些有机分子使得SOH 波导具有加大的非线性，并没有引入较大损耗。长达4 mm的SOH波导在1.55 μm通信波段中，非线性系数约为105 (Wkm)-1，理论上的数值第一次在试验中得到了验证。在这样的波导中，通过四波混频将170.8Gbit/s 全光多路分解成42.7 Gbit/s。这是目前为止光子光学信号处理速度的世界纪录，该实验证实了可将SOH 波导应用于宽带通信信号全光处理的可行性。
 
　　这种SOH波导超越了一些硅固有的限制。硅基技术被认为是非常适合制造各种不同的被动线性光学器件。但是由于硅中有害的非线性效应，超高速主动硅基功能的开发，如全光开关等，仍然是一大挑战。迄今为止，硅波导的信号传输速率极限是40 Gbit/s。SOH 波导超越了这一极限，速率超过了100 Gbit/s。相关研究成果发表在《自然—光子学》（Nature Photonics）上（文章标题：All-optical high-speed signal processing with silicon–organic hybrid slot waveguides）。 
 
　　（《自然—光子学》（Nature Photonics），3, 216 - 219，C. Koos，J. Leuthold）