江偉：用新型晶片探路節能減排
- 發佈時間：2015-11-25 01:30:53 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
■週三有約
文·本報記者 姜 靖
世界各發達國家都把硅基光電子作為長遠發展目標。由於可以實現超小體積、低能耗、CMOS相容的單片高密度光電整合，基於硅基微納波導的硅基光子學，已被各國公認為突破電腦和通信超大容量、超高速資訊傳輸和處理瓶頸的最理想技術之一。多年致力於硅基光子學、光子晶體研究的南京大學現代工程與應用科學學院教授江偉，取得了一系列富有創新性的成果。
“利用硅基電子器件可實現大規模低成本光子整合，並可與硅基光電子器件實現光-電同片整合，可以在光互聯、光通訊、光信號處理等方面帶來革命性的技術突破。”江偉告訴本報記者。
長期以來，作為硅光子晶片中最常用的組件——硅波導，由於相鄰波導靠近時強烈耦合産生的信號串擾而不能進行亞微米或亞波長間距的高密度整合。這是光子整合領域的一個經典難題。
此問題貌似簡單，卻突破點難尋。針對此難題，江偉創造性地提出了“波導超晶格”的方案。該方案將包含若干不同寬度波導的“超元胞”在空間中週期性重復形成波導超晶格，通過控制超元胞中各個波導的寬度來抑制波導之間的相互耦合。
而他的這項研究工作始於2009年。在此過程中，他的研究團隊遇到了理論、模擬、加工等諸多挑戰。比如在加工過程中，一個微小的顆粒或缺陷就可以讓兩個波導（“光學導線”）“短路”，進而破壞整個結構的耦合抑制特性。在測試中，一個結構中往往有超過100個串擾通道需要去測定。有時候，順序測完90多個理想的通道才發現一個由於缺陷造成的強串擾通道，幾個星期的努力就都白費了。
但寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。通過發展新理論與模擬工具、提高加工工藝、完善測試技巧，經過長期的努力，最終得到了串擾低於-20dB的半波長間距的波導超晶格。這項突破引起業界的高度關注。
由於高密度波導整合是一個基礎性問題，在硅基光子晶片降低成本、提高性能、降低能耗等方面都有著廣闊的應用前景。如可用於大幅度提高波分復用、空分復用、光譜儀、光學相控陣等相關器件的性能，或降低其成本，併為創制硅基高速空間光調製器等新型器件提供了可能。
“硅基光子技術不但是學科前沿，也是未來資訊産業的一個重要發展方向，我們的研究還將繼續。”江偉説。
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