快1000倍！研究人員開發(fā)出超高速信號處理微波光子學芯片

　　近日，香港城市大學電子工程系的Wang Cheng教授領(lǐng)導的研究團隊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原理，進行超快速的模擬電子信號處理和計算。

　　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。其廣泛的應用領(lǐng)域涵蓋了5/6G無線通信系統(tǒng)、高分辨率雷達系統(tǒng)、人工智能、計算機視覺以及圖像/視頻處理等多個方面。

　　該團隊與香港中文大學合作進行了這項研究，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)。

　　隨著無線網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)和基于云的服務的迅速擴展，對底層射頻系統(tǒng)的需求也急劇增長。微波光子學(MWP)技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，通過利用光學元件進行微波信號的產(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)一直面臨著同時實現(xiàn)超高速模擬信號處理、芯片級集成、高保真度和低功耗等多重挑戰(zhàn)。

　　為了應對這些挑戰(zhàn)，Wang Cheng教授的研究團隊開發(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處理集成在一個芯片上，這一成就在之前的研究中是從未實現(xiàn)過的。

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

　　多年來，該團隊一直致力于集成LN光子平臺的研究。值得一提的是，2018年，哈佛大學和諾基亞貝爾實驗室的同事們在薄膜鈮酸鋰(LN)平臺上開發(fā)了世界上第一個CMOS(互補金屬氧化物半導體)兼容的集成電光調(diào)制器，這為當前的研究突破奠定了堅實的基礎(chǔ)。薄膜鈮酸鋰(LN)因其在光子學領(lǐng)域的重要性而被譽為“光子學中的硅”，其在光電子學領(lǐng)域的地位與微電子學中的硅相當。

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