研究人员正在研发可编程光学芯片

来自英国南安普顿大学和法国波尔多德Optique研究所的研究人员发现，通过控制光照来使得硅芯片实现可编程逻辑。硅光子学是下一代芯片技术和光通信技术的根基，定位于实现光学互连、微波光子电路以及集成光学传感器等新兴应用。

研究人员认为，虽然光子芯片一般都是“硬连接”的，但是通过光学器件的重构可以使得光线走向更加灵活自由，使得可编程光学电路称为一种可能。他们称，“空间光调制器通常使用液晶或者微透镜来实现像素的独立控制，这些技术对光学的发展带来了彻底的变革，使得近些年来在成像光学、全息光学以及自适应光学领域有了全新的应用。”

他们最新的研究成果刊登在了Optica杂志上，团队利用的是多模干涉设备(MMI)。但与传统的固定模式不同的是，他们使用飞秒激光来实现MMI的动态模式变换。可以实现透射光的有效调制，实现部分模式通过，部分模式被反射。

通过使用一个1×2的MMI分光器和一个受飞秒激光扰动的投影图案，实现了光路由到单个出口97%的 效率，并使得器件实现可编程。团队的主要研究人员，南安普顿大学的博士后研究员Roman Bruck评论说，“我们的研究成果证明了可以通过调制光线来照射芯片来达到继承光路的可编程性。集成的空间光调制器使得传统的硅光子学器件可以作为通用的重构器件。”

刊登在Optica杂志上的文章中描述道，“理论上，通过在一定范围内对材料折射率的调制可以实现光线传播方向的完全控制，这种技术的实现类似于现场可编程逻辑器件(FPGA)。其实早在之前，类似于FPGA的光学结构就已经有了一些讨论，诸如微波和氮化硅波导。基于成熟的硅光子平台的全光学的 FPGA类似物已经有了广泛的应用，例如光通信中波分复用、波长选择以及路由等。”

此项技术的实际应用包括了全光学可重构路由器、光网络的超快光学调制器和光学开关以及微波光子电路等等。现在需要的工作就是将这些想法尽快发展成实际应用。

“功能增加”

在接受记者采访时，项目负责人，南安普顿大学的物理学、天文学教授Otto Muskens教授描述了当前研究的最新进展以及市场预期。光互连技术正在成为当今光网络的骨干技术。芯片级的互连技术目前已经有多种技术能够实现，具体实现取决于是否是单色光，以及复色光输出的时候是否需要独立传播到单独的输出上。

“很多功能能够通过传统器件的级联实现，例如阵列波导光栅和干涉器。但是由于这些传统器件尺寸较大，受制于硅光学芯片有效尺寸，限制了它们在光网络上的应用。但是我们的方法与传统的不同，通过使用多模控制可以使器件排布得很紧凑。通过扰动模式，可以决定光线的传播方向。这个概念很常见，并有望用于实现高度灵活小巧的路由器。”

“目前我们的工作更多仍然是基础性的研究，接下来需要将新概念转化为实际的产品以及设备。我们相信光学控制将是未来一个可行的方法，一方面由于有效光源的成本越来越低，另一方面光源和调制器可以直接集成在芯片上。这种实现方法有可能会在下一代ROADM应用中大展身手。”

“此外，还需要更多的工作来探索此项技术的具体的实现机制。由于本技术依赖于外部光源和数字微反射镜用于调制，所以它最一开始的应用应该是基于实验室设备的开发，慢慢才会转向大规模晶圆的加工及测试。最终，我们会将此项技术推向现场可编程逻辑器件，届时逻辑器件的功能改变将不再需要全新设计和制造周期。目前我们正在着力于在南安普顿硅光电子计划内进行商业推广。”