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目前单纯发展微电子技术光电子技术的弊端

时间:2020-03-13 来源网站:太原汽车网

目前单纯发展微电子技术、光电子技术的弊端日益凸显,微电子技术、光电子技术的紧密结合、相互渗透,必将推进信息技术进入新的发展阶段,光集成技术也成为业界的焦点。另外,我国在高端的发展一直落后国际,如何突破高端光器件市场也需要尽快找到解决之策。针对这一系列问题,记者特地采访了上海交通大学电子工程系技术研究所的周林杰博士,为读者解疑答惑。

光和电未来必会融合

小编:光集成技术是未来光器件的主流发展方向,近年来一直是业内关注和研究的焦点。光集成技术有哪些集成方式?

周林杰:光集成技术有不同的定义,广义而言,把不同功能、材料、软件、硬件、、系统等整合在一起都可以叫做是集成。从芯片集成角度来看,它可以是单片集成、混合集成、光电集成等。单片集成是指在同一个芯片上实现某种功能和应用,比如在Si、SiO2、InP上制作不同的光子器件利用波导连接形成光子回路。特定材料有它本身的物理限制,只能实现某几类功能或者说它只在某些方面具有优势,因此有时候需要结合其他材料做混合集成才能弥补它的不足。特别是要实现比较复杂的功能时,往往需要不同材料的优势互补、互相支撑才能提供最强的功能。例如,硅波导器件尺寸小,适合做高密度无源和可调器件的集成,但硅本身在1550nm波段无法做高效探测和发光,因此光源和探测器等有源器件的制作需要引入如InP、Ge等其他材料来完成,这也是硅光电子学中一个比较热门的研究方向。

集成还有另外一个重要趋势是光电集成。微电子和光子器件研究传统是在两条路上发展:微电子专门研究以电子为载体的信号处理,包括逻辑运算和存储等,这也是电子的强项;而光器件则研究以光为媒介的光信号产生、传输和接收等,在信息传输容量和速度方面,光信号具有电信号无可比拟的优势。

光和电未来势必会融合在一起,取长补短,既能发挥光的传输优势也能发挥电的处理优势。一个光电集成的例子就是未来多核芯片,多处理器并行运算大大提高了集成电路的性能,但同时处理器间的数据交换能力成为制约其性能进一步提升的瓶颈,采用光波导可以提供大容量、高速、低功耗互连,为解决这样的瓶颈提供了一个可靠的技术途径。

小编:目前我国国内光集成研究现状如何?

周林杰:近几年来通过各类国家项目的支持,国内光集成取得了长足的进步,在多波长激光器阵列、光子收发、光交换和路由、光延迟和存储、全光信号处理、多维度等方面都取得了重要进展。例如,我们课题组在陈建平教授带领下,在光开关阵列、可调光延迟线和高速等方面都做出了很有特色的工作:采用马赫曾德干涉仪和微环开关矩阵,实现了无阻塞16 16光开关芯片,其中包含了上百个具有热光和电光控制的光交换单元,能实现纳秒量级开关切换和Tb/s交换容量;采用7级级联光开关和波导延迟线结构,获得了纳秒量级延时,调节精度可达到10皮秒;与华为共同研制开发的硅基高速IQ调制器,能实现QPSK、16QAM等高阶调制,具有b/s以上速率,可在1000公里光纤上实现无误码传输。然而,这些光集成还处于小规模实验室研发阶段,在大规模集成芯片开发和产业化应用方面与发达国家还存在较大差距。另外,在光电子芯片制作方面,国内也还没有形成规模化,没有一个能打通上下游实现集成芯片设计、制备和测试的成熟研发平台。

当然,光集成发展并不是一朝一夕能完成,这需要长期研究积累、科研经费投入、软硬件环境改善、团结合作协同创新等,任重而道远!

    
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