江偉：用新型芯片探路節(jié)能減排

　　ICCSZ訊    世界各發(fā)達(dá)國(guó)家都把硅基光電子作為長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)。由于可以實(shí)現(xiàn)超小體積、低能耗、CMOS兼容的單片高密度光電集成，基于硅基微納波導(dǎo)的硅基光子學(xué)，已被各國(guó)公認(rèn)為突破計(jì)算機(jī)和通信超大容量、超高速信息傳輸和處理瓶頸的最理想技術(shù)之一。多年致力于硅基光子學(xué)、光子晶體研究的南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院教授江偉，取得了一系列富有創(chuàng)新性的成果。

　　“利用硅基電子器件可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本光子集成，并可與硅基光電子器件實(shí)現(xiàn)光-電同片集成，可以在光互聯(lián)、光通訊、光信號(hào)處理等方面帶來革命性的技術(shù)突破。”江偉告訴本報(bào)記者。

　　長(zhǎng)期以來，作為硅光子芯片中最常用的組件——硅波導(dǎo)，由于相鄰波導(dǎo)靠近時(shí)強(qiáng)烈耦合產(chǎn)生的信號(hào)串?dāng)_而不能進(jìn)行亞微米或亞波長(zhǎng)間距的高密度集成。這是光子集成領(lǐng)域的一個(gè)經(jīng)典難題。

　　此問題貌似簡(jiǎn)單，卻突破點(diǎn)難尋。針對(duì)此難題，江偉創(chuàng)造性地提出了“波導(dǎo)超晶格”的方案。該方案將包含若干不同寬度波導(dǎo)的“超元胞”在空間中周期性重復(fù)形成波導(dǎo)超晶格，通過控制超元胞中各個(gè)波導(dǎo)的寬度來抑制波導(dǎo)之間的相互耦合。

　　而他的這項(xiàng)研究工作始于2009年。在此過程中，他的研究團(tuán)隊(duì)遇到了理論、模擬、加工等諸多挑戰(zhàn)。比如在加工過程中，一個(gè)微小的顆粒或缺陷就可以讓兩個(gè)波導(dǎo)(“光學(xué)導(dǎo)線”)“短路”，進(jìn)而破壞整個(gè)結(jié)構(gòu)的耦合抑制特性。在測(cè)試中，一個(gè)結(jié)構(gòu)中往往有超過100個(gè)串?dāng)_通道需要去測(cè)定。有時(shí)候，順序測(cè)完90多個(gè)理想的通道才發(fā)現(xiàn)一個(gè)由于缺陷造成的強(qiáng)串?dāng)_通道，幾個(gè)星期的努力就都白費(fèi)了。

　　但寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。通過發(fā)展新理論與模擬工具、提高加工工藝、完善測(cè)試技巧，經(jīng)過長(zhǎng)期的努力，最終得到了串?dāng)_低于-20dB的半波長(zhǎng)間距的波導(dǎo)超晶格。這項(xiàng)突破引起業(yè)界的高度關(guān)注。

　　由于高密度波導(dǎo)集成是一個(gè)基礎(chǔ)性問題，在硅基光子芯片降低成本、提高性能、降低能耗等方面都有著廣闊的應(yīng)用前景。如可用于大幅度提高波分復(fù)用、空分復(fù)用、光譜儀、光學(xué)相控陣等相關(guān)器件的性能，或降低其成本，并為創(chuàng)制硅基高速空間光調(diào)制器等新型器件提供了可能。

　　“硅基光子技術(shù)不但是學(xué)科前沿，也是未來信息產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向，我們的研究還將繼續(xù)。”江偉說。