微腔光梳技術有望千倍提高通信帶寬

        運行億年不差一秒的原子鐘能不能更小更節能？高算力芯片能不能更快更穩定卻只花1%的成本？光纖入戶的千兆網絡還能不能再快百倍甚至千倍？在日前召開的香山科學會議第7次青年系列學術會議上，年輕的物理學者們的回答是：可以，一種先進光源如果能夠落地應用，將給很多領域帶來革命性的改變。他們帶來的研究成果正在讓這些變成現實。

        科研“后浪們”在新領域創造多個首次

        幾年前還是近1噸重的光鐘裝置，如今它的核心部分“光梳”在小小的芯片上就能實現了。北京大學物理學院研究員楊起帆表示，將光梳的體積縮小，不僅大大提高原子鐘的便攜性，還可以使其更快應用于高速光通信、精密測量等復雜的實際場景中。楊起帆介紹說，基于集成光梳這一核心技術制造的光譜儀，在靈敏度、分辨率、采樣速度等方面遠超其他微型光譜儀。

        自從發現利用半導體納米微加工技術，可以讓此前精密、昂貴、碩大的超短脈沖激光在微腔內也能實現之后，國際上很多團隊在尋找適宜的集成材料和加工工藝?！暗枰殉蔀樽畛墒斓男酒忸l梳平臺?！鄙钲趪H量子研究院研究員劉駿秋是這一領域的開拓者和推動者，他表示，團隊與合作伙伴正在推進超低損耗氮化硅集成光學技術從“實驗室演示”到“工業級大規模量產”的轉化，并在國內首次建立超低損耗、大尺寸晶圓、厚氮化硅光芯片的生產工藝。

        “我們研制的光模塊可以達到每秒傳輸200萬兆字節的速率，是當前光纖千兆網絡的數千倍?！北本┐髮W電子學院研究員常林表示，硅光技術在過去的十年里經歷了迅猛的發展。近年來，通過多種集成工藝將不同材料集成到硅基襯底上的技術，正在滿足不同應用的需求。團隊過去幾年實現了多材料在硅基襯底上的集成，全新的技術和工藝突破將衍生出算力密度更高的光神經網絡芯片，完全抗外界干擾的并行混沌激光雷達等。

        記者了解到，參加此次香山科學會議的多名學者近年來持續在集成光梳領域深入研究、在細分領域引領前沿方向、在科研新“藍?！敝腥〉枚囗椫卮笸黄?。

        全新領域帶來無限應用可能

        那么，究竟是什么樣的全新研究有望為很多關鍵領域帶來革命性的變化呢？

        “這種先進光源由于能發射像梳子一樣固定間隔頻率的光子，被形象地稱為‘光梳’。但之前的實現方式費時費力費錢，依賴激光器、電光調制器等設備，體積大、效果差?！鼻迦A大學電子工程系副教授薛曉曉對科技日報記者表示，全新技術能夠擺脫對重型設備的依賴，在光子芯片中實現?！霸谛畔鬏敺矫?，微腔光梳的應用有望實現芯片級高速光通信系統?！毖詴越忉?，“微腔光梳由成百上千頻率等間隔的梳齒組成，每個梳齒都是一束窄線寬激光，可以單獨編碼傳輸信息，因此可以成百上千倍地提高通信帶寬?！?/span>

        計算機越變越小，是由于基本元件從電子管到晶體管、集成電路……光梳能夠縮成芯片大小，是由于發光源頭縮小到納米級別的微腔內部，這樣的變化讓更多的應用成為可能。

        “微腔光梳的應用使得光鐘可以越來越小，甚至可以成為衛星上的載荷?！敝袊茖W技術大學教授董春華說，星載光鐘的出現將可以更方便地將全球的光鐘進行組網，構建全球光鐘網絡，實現高度一致的時間參考系統，還可以對比不同位置光鐘時間的差異，驗證廣義相對論等基礎理論。

        “微腔光梳的重大應用領域還包括精密光譜探測、激光雷達測距等很多領域?！睍h執行主席、北京大學物理學院教授肖云峰表示，微腔光梳研究正在走出基礎研究階段走向更廣泛的應用階段，目前我們的研究團隊需要共同探討和歸納關鍵科學、技術問題，針對不同的重大應用制定對應的技術路線，通過分解問題、模塊化解決問題，推動其在相關領域的落地應用。