南京郵電大學(xué)研發(fā)新型光子芯片，有了哪些突破？

記者1日從南京郵電大學(xué)獲悉，該校王永進(jìn)教授團(tuán)隊(duì)與2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主 Hiroshi Amano教授合作，研發(fā)出同質(zhì)集成發(fā)射、傳輸和接收器件的芯片，用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并實(shí)現(xiàn)了基于音頻的雙工通信系統(tǒng)演示，相關(guān)成果于10月31日發(fā)表在《光：科學(xué)與通信》上。

“同質(zhì)集成”是業(yè)界的一個(gè)難題。長(zhǎng)期以來(lái)，光發(fā)射、傳輸、調(diào)制和接收器件等分屬不同的研究領(lǐng)域，沒(méi)有人將它們聯(lián)系起來(lái)研發(fā)。而作為發(fā)光器件，電子注入量子阱二極管時(shí)，器件發(fā)生電光轉(zhuǎn)換而發(fā)光;作為光探測(cè)器件，量子阱二極管器件吸收高能光子，發(fā)生光電轉(zhuǎn)換而生成光電流。

王永進(jìn)教授首先發(fā)現(xiàn)，量子阱二極管發(fā)光譜和探測(cè)響應(yīng)譜有重疊區(qū)，量子阱二極管器件同時(shí)存在電光、光電轉(zhuǎn)換，出現(xiàn)量子阱二極管光發(fā)射和探測(cè)共存現(xiàn)象(王氏效應(yīng))，闡明了量子阱二極管發(fā)光和探測(cè)共存現(xiàn)象的物理機(jī)制。

因此，具有相同量子阱結(jié)構(gòu)的量子阱二極管器件可以采用相同的工藝流程制備在同一塊芯片上。科研人員采用硅襯底氮化物晶圓，通過(guò)波導(dǎo)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)同質(zhì)集成光電子芯片。量子阱二極管器件同時(shí)作為收發(fā)器件，采用光子實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)的信息雙向傳輸，通過(guò)自干擾消除法分離發(fā)送和接收信息，提高了通信系統(tǒng)的吞吐量。

芯片采用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，能夠有效應(yīng)對(duì)高密度集成芯片的能耗和熱效應(yīng)問(wèn)題，為化合物光電子信息時(shí)代處理器光互連存儲(chǔ)器系統(tǒng)提供了物理支撐和芯片基礎(chǔ)。該工作進(jìn)一步確立了我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際引領(lǐng)地位。