江偉：用新型芯片探路節(jié)能減排

　　ICCSZ訊    世界各發(fā)達國家都把硅基光電子作為長遠發(fā)展目標。由于可以實現(xiàn)超小體積、低能耗、CMOS兼容的單片高密度光電集成，基于硅基微納波導的硅基光子學，已被各國公認為突破計算機和通信超大容量、超高速信息傳輸和處理瓶頸的最理想技術之一。多年致力于硅基光子學、光子晶體研究的南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院教授江偉，取得了一系列富有創(chuàng)新性的成果。

　　“利用硅基電子器件可實現(xiàn)大規(guī)模低成本光子集成，并可與硅基光電子器件實現(xiàn)光-電同片集成，可以在光互聯(lián)、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，作為硅光子芯片中最常用的組件——硅波導，由于相鄰波導靠近時強烈耦合產(chǎn)生的信號串擾而不能進行亞微米或亞波長間距的高密度集成。這是光子集成領域的一個經(jīng)典難題。

　　此問題貌似簡單，卻突破點難尋。針對此難題，江偉創(chuàng)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”在空間中周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于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(zhàn)。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(jié)構(gòu)的耦合抑制特性。在測試中，一個結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)一個由于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(fā)展新理論與模擬工具、提高加工工藝、完善測試技巧，經(jīng)過長期的努力，最終得到了串擾低于-20dB的半波長間距的波導超晶格。這項突破引起業(yè)界的高度關注。

　　由于高密度波導集成是一個基礎性問題，在硅基光子芯片降低成本、提高性能、降低能耗等方面都有著廣闊的應用前景。如可用于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，并為創(chuàng)制硅基高速空間光調(diào)制器等新型器件提供了可能。

　　“硅基光子技術不但是學科前沿，也是未來信息產(chǎn)業(yè)的一個重要發(fā)展方向，我們的研究還將繼續(xù)。”江偉說。