更小、更快、更有效的調製器集成為光電子產業帶來革命性的變革

新的微型調製器以更高的速度和更低的成本實現數據驅動。圖片來源：哈佛大學工程與應用科學學院。

一個由香港城市大學（CityU）、哈佛大學（Harvard University）和著名信息技術實驗室成員組成的研究小組已經成功地製造了一個微型片上鈮酸鋰調製器，它是光電子工業的一個重要組成部分。調製器體積小，效率高，數據傳輸速度快，成本低。這項技術將為該行業帶來革命性的變化。

這一突破性研究生產的電光調製器只有1～2cm長，比傳統電光調製器的表面積小約100倍。它也是高效-更高的數據傳輸速度，數據帶寬從35GHz增加到300GHz，但是具有較低的能耗和超低的光損耗。本發明將為未來高速、低功耗、低成本的通信網路以及量子光子計算鋪平道路。

該研究項目名為「在CMOS兼容電壓下工作的集成鈮酸鋰電光調製器」，發表在最新一期的《自然Nature》雜誌上。

電光調製器是現代通信中的關鍵部件。它們把計算機等計算設備中的高速電子信號轉換成光信號，然後通過光纖傳輸。但是，現有的和常用的鈮酸鋰調製器需要3-5V的高驅動電壓，這明顯高於1V，這是由典型的CMOS(互補金屬氧化物半導體)電路提供的電壓。因此，需要一種使整個裝置體積龐大、價格昂貴、能耗高的電放大器。

Wang Cheng博士，是香港城市大學電子工程系助理教授，也是該論文的第一作者，與哈佛大學和諾基亞貝爾實驗室的研究小組一道，已經開發了一種新的製造鈮酸鋰調製器的方法，該調製器可以在與CMOS兼容的超高電光帶寬下工作。。

「將來，我們將能夠把CMOS放在調製器旁邊，這樣它們可以更加集成，功耗更低。而不再需要電放大器，」Wang博士說。

由於該團隊開發的先進的納米製造方法，該調製器可以非常小，同時以高達210Gbit/秒的速率傳輸數據，具有比現有調製器低約10倍的光損耗。

「鈮酸鋰的電學和光學性質使其成為調製器的最佳材料。但是在納米尺度上很難製造，這就限制了調製器的尺寸的減小，」Wang博士解釋說。「由於鈮酸鋰是化學惰性的，傳統的化學蝕刻不能很好地發揮作用。雖然人們普遍認為物理蝕刻不能產生光滑的表面，這對於光傳輸是必不可少的，但我們已經用我們新穎的納米製造技術證明了這一點。」

隨著光纖在全球變得越來越普遍，鈮酸鋰調製器的尺寸、性能、功耗和成本正成為一個需要考慮的更大的因素，特別是在信息和通信技術(ICT)行業的數據中心處於重新預測成為世界上最大的電力用戶之一。

這項革命性的發明現在正在走向商業化。Wang博士相信，那些尋找性能最好的調製器來遠距離傳輸數據的人，將是第一個接觸這種光子學基礎結構的人之一。

Wang博士在2013年進入哈佛大學攻讀哈佛工程與應用科學學院的博士學位時開始這項研究。他最近加入了香港城市大學，正在與香港城市大學國家重點實驗室的太赫茲和毫米波研究小組一起研究其在未來5G通信中的應用。

「毫米波將用於在自由空間中傳輸數據，但是往返於基站和在基站內部，例如，它可以在光學上完成，這將更便宜，損失更小，」他解釋說。他相信這項發明也能應用於量子光子學。

來源：https://phys.org/news/2018-09-smaller-faster-efficient-modulator-revolutionize.html

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