來自英國南安普頓大學和法國波爾多德Optique研究所的研究人員發現，通過控製光照來使得矽芯片實現可編程邏輯。矽光子學是下一代芯片技術和光通信技術的根基，定位於實現光學互連、微波光子電路以及集成光學傳感器等新興應用。
研究人員認為，雖然光子芯片一般都是“硬連接”的，但是通過光學器件的重構可以使得光線走向更加靈活自由，使得可編程光學電路稱為一種可能。他們稱，“空間光調製器通常使用液晶或者微透鏡來實現像素的獨立控製，這些技術對光學的發展帶來了徹底的變革，使得近些年來在成像光學、全息光學以及自適應光學領域有了全新的應用。”
他們最新的研究成果刊登在了Optica雜誌上，團隊利用的是多模幹涉設備(MMI)。但與傳統的固定模式不同的是，他們使用飛秒激光來實現MMI的動態模式變換。可以實現透射光的有效調製，實現部分模式通過，部分模式被反射。
通過使用一個1×2的MMI分光器和一個受飛秒激光擾動的投影圖案，實現了光路由到單個出口97%的 效率，並使得器件實現可編程。團隊的主要研究人員，南安普頓大學的博士後研究員Roman Bruck評論說，“我們的研究成果證明了可以通過調製光線來照射芯片來達到繼承光路的可編程性。集成的空間光調製器使得傳統的矽光子學器件可以作為通用的重構器件。”
刊登在Optica雜誌上的文章中描述道，“理論上，通過在一定範圍內對材料折射率的調製可以實現光線傳播方向的完全控製，這種技術的實現類似於現場可編程邏輯器件(FPGA)。其實早在之前，類似於FPGA的光學結構就已經有了一些討論，諸如微波和氮化矽波導。基於成熟的矽光子平台的全光學的FPGA類似物已經有了廣泛的應用，例如光通信中波分複用、波長選擇以及路由等。”
此項技術的實際應用包括了全光學可重構路由器、光網絡的超快光學調製器和光學開關以及微波光子電路等等。現在需要的工作就是將這些想法盡快發展成實際應用。
“功能增加”
在接受記者采訪時，項目負責人，南安普頓大學的物理學、天文學教授Otto Muskens教授描述了當前研究的最新進展以及市場預期。光互連技術正在成為當今光網絡的骨幹技術。芯片級的互連技術目前已經有多種技術能夠實現，具體實現取決於是否是單色光，以及複色光輸出的時候是否需要獨立傳播到單獨的輸出上。
很多功能能夠通過傳統器件的級聯實現，例如陣列波導光柵和幹涉器。但是由於這些傳統器件尺寸較大，受製於矽光學芯片有效尺寸，限製了它們在光網絡上的應用。但是我們的方法與傳統的不同，通過使用多模控製可以使器件排布得很緊湊。通過擾動模式，可以決定光線的傳播方向。這個概念很常見，並有望用於實現高度靈活小巧的路由器。”
“目前我們的工作更多仍然是基礎性的研究，接下來需要將新概念轉化為實際的產品以及設備。我們相信光學控製將是未來一個可行的方法，一方麵由於有效光源的成本越來越低，另一方麵光源和調製器可以直接集成在芯片上。這種實現方法有可能會在下一代ROADM應用中大展身手。”
“此外，還需要更多的工作來探索此項技術的具體的實現機製。由於本技術依賴於外部光源和數字微反射鏡用於調製，所以它最一開始的應用應該是基於實驗室設備的開發，慢慢才會轉向大規模晶圓的加工及測試。最終，我們會將此項技術推向現場可編程邏輯器件，屆時邏輯器件的功能改變將不再需要全新設計和製造周期。目前我們正在著力於在南安普頓矽光電子計劃內進行商業推廣。”
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