快1000倍！研究人員開(kāi)發(fā)出超高速信號(hào)處理微波光子學(xué)芯片

　　近日，香港城市大學(xué)電子工程系的Wang Cheng教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)成功研制出了一款世界領(lǐng)先的微波光子(MWP)芯片。這款芯片能夠利用光學(xué)原理，進(jìn)行超快速的模擬電子信號(hào)處理和計(jì)算。

　　該芯片不僅在速度上比傳統(tǒng)電子處理器快出1000倍，而且能耗更低。其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了5/6G無(wú)線通信系統(tǒng)、高分辨率雷達(dá)系統(tǒng)、人工智能、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及圖像/視頻處理等多個(gè)方面。

　　該團(tuán)隊(duì)與香港中文大學(xué)合作進(jìn)行了這項(xiàng)研究，研究結(jié)果已發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上，題為《集成鈮酸鋰微波光子處理引擎》(Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine)。

　　隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)和基于云的服務(wù)的迅速擴(kuò)展，對(duì)底層射頻系統(tǒng)的需求也急劇增長(zhǎng)。微波光子學(xué)(MWP)技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)利用光學(xué)元件進(jìn)行微波信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸和處理，為這些挑戰(zhàn)提供了有效的解決方案。然而，集成MWP系統(tǒng)一直面臨著同時(shí)實(shí)現(xiàn)超高速模擬信號(hào)處理、芯片級(jí)集成、高保真度和低功耗等多重挑戰(zhàn)。

　　為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，Wang Cheng教授的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種全新的MWP系統(tǒng)。該系統(tǒng)創(chuàng)新地將超快電光(EO)轉(zhuǎn)換與低損耗的多功能信號(hào)處理集成在一個(gè)芯片上，這一成就在之前的研究中是從未實(shí)現(xiàn)過(guò)的。

　　這一卓越性能得益于基于薄膜鈮酸鋰(LN)平臺(tái)的集成MWP處理引擎。這種引擎能夠執(zhí)行多種模擬信號(hào)的處理和計(jì)算任務(wù)。據(jù)介紹，這款芯片不僅具備67 GHz的超寬處理帶寬，還擁有出色的計(jì)算精度。

　　多年來(lái)，該團(tuán)隊(duì)一直致力于集成LN光子平臺(tái)的研究。值得一提的是，2018年，哈佛大學(xué)和諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室的同事們?cè)诒∧も壦徜?LN)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)兼容的集成電光調(diào)制器，這為當(dāng)前的研究突破奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。薄膜鈮酸鋰(LN)因其在光子學(xué)領(lǐng)域的重要性而被譽(yù)為“光子學(xué)中的硅”，其在光電子學(xué)領(lǐng)域的地位與微電子學(xué)中的硅相當(dāng)。

　　這一工作不僅開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域——薄膜鈮酸鋰(LN)微波光子學(xué)，還使得微波光子學(xué)芯片具備了緊湊的尺寸、高信號(hào)保真度以及低延遲等諸多優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，這一突破代表了一個(gè)芯片級(jí)的模擬電子處理和計(jì)算引擎的嶄新方向。