美研制硅波導可隔離光信號 利于研發光子芯片

美國科學家在最近出版的 《科學》雜志上撰文指出，他們研制出了一塊新的硅基光學波導，能將硅芯片上的光信號隔離開，解決了建造光子芯片長期存在的問題，為下一代光子芯片的研制鋪平了道路。

與電子芯片相比，光子芯片擁有超高速的運算速度、超大規模的信息存儲容量、能量消耗小、散發熱量低等優點，因此，用光子代替電子實現數據連接是不可阻擋的歷史潮流，不過，現在的計算機技術主要還是依靠電子芯片。該研究的主要作者、加州理工學院電子工程系的博士后馮亮 （音譯）表示： “我們希望電子芯片能完成的任務，光子芯片也能完成。”

如果不將光隔離，光子電路上的不同元件發送和接收的信號就能相互作用，使光子芯片變得不穩定。而電子電路中的二極管能通過限制電流朝一個方向行進從而將電信號隔離開。因此，研制光子芯片的主要 “攔路虎”是制造出 “光子二極管”——光隔離器。科學家一直在為此目標而努力。

以前，采用兩種方法來制造光隔離器。第一種方法出現在100多年前，主要使用磁場。當光在相反的方向行進時，磁場會改變光的偏振，因此，在一個方向行進的光無法同在另一個方向行進的光相互作用。馮亮說： “可是，我們不能在計算機的周圍放置大磁場，這有損健康。”

第二種方法出現在50多年前，主要使用能改變光的頻率而不是光的偏振的非線性光子材料。但這種方法也有問題，因為集成電路的基本組成材料——硅是一種線性材料，如果計算機打算使用由非線性材料制成的光隔離器，硅就可能會 “下崗”，那么，所有的計算機技術可能都需要修改。

馮亮團隊設計出一種新的光學波導——一個0.8 mm寬、能輸送光的硅設備，其使光能在一個方向采用對稱模式行進，而在另一個方向上采用非對稱模式行進，因為不同模式的光無法相互作用，因此，這兩束光就被隔離開，能穿過彼此。

在最新的研究中，科學家們首次用新的硅波導線性材料將光隔離出來。盡管該研究還只是一個概念驗證實驗，但科學家們建造出了一個能被集成到一塊硅芯片上的光隔離器，光隔離器對建造出納米大小的光子設備至關重要。

現在，最先進的光子芯片的數據傳輸率為10 Gb/s，是個人電腦的幾千倍，下一代光子芯片有望達到40 Gb/s。但因為這些光子芯片沒有內置光隔離器，比電子芯片更簡單，而且也無法投入實際的應用，因此，基于最新研究的光隔離器有望加速光子芯片的商業化進程。