3月20日，中國激光雜志社公布了“2019年度中國光學十大進展”，量子秘鑰分發(fā)、光子芯片、智能激光器、全色激光顯示等20項重大光學科技成果入選（基礎研究類與應用研究類各10項）。其中，哈工大（深圳）徐科、宋清海課題組牽頭完成的“可密集集成和任意路由的模分復用光子芯片”入選應用研究類十大進展。這是一項前瞻性的研究，主要解決了光電子芯片的數(shù)據(jù)容量和芯片尺寸問題，為未來的數(shù)字技術發(fā)展奠定了基礎。

基于 “二維碼”結構的片上彎曲波導和交叉器件

“可密集集成和任意路由的模分復用光子芯片”成果發(fā)表在《自然·通訊》上。哈工大（深圳）博士研究生劉英杰為論文第一作者，徐科副教授、宋清海教授、姚勇教授和上海交大杜江兵副研究員為共同通訊作者，哈工大（深圳）為第一單位和通訊單位。

徐科副教授介紹，光電子芯片是高速通信系統(tǒng)的關鍵收發(fā)器件，在數(shù)據(jù)中心、5G、超級計算機等領域有重要應用。

基于 “二維碼”結構的片上彎曲波導和交叉器件

為什么光電子芯片會被“委以重任”？徐科解釋道：“現(xiàn)在大數(shù)據(jù)對網絡帶寬的需求非常高，而且持續(xù)快速增長，需要光通信網絡作為支撐。光纖作為傳輸介質容量很大，但是到了數(shù)據(jù)中心或者終端，轉換成電就遇到瓶頸了。光電子芯片一個很重要的應用就是在這個地方進行高速、大容量的光電轉換，將傳輸光纖中的光信號轉換成服務器、處理器能接收的電信號?！?/p>

光電子芯片是將多個元器件高度集成的，具有尺寸小、功耗低的優(yōu)點，但它同時也有“軟肋”——芯片上的多模光波導容易受到串擾和損耗的限制，很難做到緊湊、密集，從而導致芯片的集成度不夠，數(shù)據(jù)通道數(shù)上不去，研究成果就是解決了這個問題。

課題組及科研合作團隊基于一種“二維碼”光子結構和優(yōu)化算法，通過對波導有效折射率的精準調控，設計并制備了片上基于模分復用的關鍵功能性器件。模分復用是一種面向未來大通量并行信號處理與傳輸?shù)男录夹g，但一直受到串擾和損耗的困擾，導致芯片集成規(guī)模受限。研究人員通過“二維碼”新型光子結構和優(yōu)化算法成功解決了這一問題，實現(xiàn)了尺寸僅為數(shù)微米的關鍵元件，比傳統(tǒng)器件縮小了一個數(shù)量級，器件制作與標準硅光流片工藝完全兼容。這一突破使得光電子芯片的布線密度和集成規(guī)模得到了顯著提升，支持更大的芯片帶寬。

“我們的工作就是要解決模分復用芯片的布線過程中損耗高、串擾大導致芯片集成密度和規(guī)模受限的問題。解決了該問題，更大規(guī)模集成的模分復用芯片就成為可能了，也意味著芯片的數(shù)據(jù)容量可以得以顯著提升?！毙炜普f。

那么，這項成果什么時候才能影響到我們的生活呢？

“目前的技術手段已經基本可以很好地滿足日常的需求，暫時還不會用到這一項技術。只是一些特定的場合會使用到這一技術，比如超級計算機或者一些特定的網絡節(jié)點對帶寬有非常高的需求，可能會選擇模式和波長復用結合的方法?！?/p>

徐科介紹，“模分復用是學術界提出的一個超前概念，目前商用產品還沒有必要用到它。我們做的就是把難題提前解決掉，使模分復用成為一種可供選擇的技術手段，為未來的科技發(fā)展掃清障礙。”

“我們的研究瞄準前沿，當前不一定會用到，但是某一天需要的時候這個技術一定要有?！毙炜普f，這就是科研工作者的眼光和擔當。