【盘点】2013年光通信领域科学前沿技术

2013-12-11 00:02

IBM光通信链路数据传输能效创新记录

　　运行速度是现有计算机系统一百倍的超快超级计算机距离应用又近了一步。美国IBM公司在美国国防先期计划研究局的支持下，再一次降低大量数据传输所用功耗。

　　研究人员在3月17～21日在美国加利福尼亚州阿纳海姆市召开的光纤通信会议和博览会/国家光纤工程师会议(OFC/NFOEC)上对此光通信链路进行详细描述，该链路较之前能效记录提升了一倍。

　　研究人员预测未来的计算机将达到亿亿次级规模，可用于全球气候模拟、细胞整体的分子级仿真，纳米结构设计等更多功能。IBM公司位于纽约州约克敦海茨的TJ华盛顿研究中心的研究人员乔纳森说：“计算机预计将在2020年左右达到亿亿次级，但在此之前还需进行大量的研究。”为了实现该目标，研究人员必须找到计算机在较低功耗下可快速传输大量数据的方法。

　　通过结合IBM公司32纳米绝缘体上硅（SOI）CMOS工艺制成的集成电路，以及美国住友电气创新设备公司（以前的商埃姆科公司）制造的先进垂直腔面发射激光器（VCSEL）和光电探测器，乔纳森和同事制造出新的高能效光通信链路，每秒传输速度达到25Gbit，总功耗只有24mW，约合每比特耗能1pJ。乔纳森说：“与之前的记录相比，数据传输速度提高了66%，功耗降低了一半。我们将继续提高光通信的传输速度和功耗效率。人们总希望能以更低的功耗传输更多的数据，这也正是我们努力的方向。”【更多内容】

新技术为实现下一代单芯片光互连打开大门

　　可将光信号变成沿金属表面行进的波

　　美国科学家制造出一种新的纳米尺度的连接设备，能将光学信号转变成沿金属表面行进的波。更为重要的是，新设备还能识别偏振光的偏振方向，并据此朝不同的方向发送信号。

　　科学家们表示，最新研究提供了一种新的方式，让人们能在亚波长尺度下精确地操控光，而不会破坏可能携带有数据的信号，这为有效地从光子设备传递信息给电子设备从而实现下一代单芯片光子互联打开了大门。

　　新连接设备由一层薄薄的金组成，其上布满小孔，科学家们设计的天才之处正在于这些切口形成的像鲱鱼鱼骨（箭尾形）一样的图案。

　　新结构非常微小，每个图案单元比可见光的波长还要小，因此，科学家们认为，新结构应该很容易同平面光学等新奇技术整合。然而，卡帕索表示，新设备最有可能用于未来的高速信息网络内--纳米尺度的电子设备（目前已经出现）、光子设备和等离子体有望集成在一块微芯片上，从而实现下一代单芯片光子互联。【更多内容】

南开联手哈佛：为光电子集成与互联技术发展奠定基础

　　在手机、电脑、网络等现代社会信息化技术飞速发展的今天，以微电子技术为基础的电子信息技术引发了一场改变人类生活和工作的信息化革命，其特点是依靠集成电子器件提供更高的信息处理速度、存储密度和片上可集成度等能力，但受到纳米尺寸的瓶颈限制，集成电子器件已开始受到制约。与微电子技术发展并行的另一门高新技术-光电子技术，在实现集成光子回路、互联光路、光计算等功能方面显现出巨大的潜力和优势，有可能是取代“集成电路”的新一代信息技术的重要支柱，该技术的关键点是如何在纳米尺寸高度集成的芯片上实现人们像操纵电子那样操控光子。

　　表面等离激元(SPPs)是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用的形成的电磁模，经常被称为“能够实现导线传输光子”的信息载体，它在发展新一代光电子集成技术中发挥重要作用，但怎样在纳米尺寸的芯片上实现SPPs的“传输控制”是该领域的一个国际研究热点。

　　4月19日，由南开大学信息技术科学学院教授、长江学者袁小聪带领的新加坡南洋理工大学课题组与美国哈佛大学Capasso教授课题组合作，在国际顶级刊物Science(科学)上发表了题目为“可重构偏振调控型表面等离激元定向耦合”的文章，解决了SPPs在芯片上传输过程中的“交通控制”问题。

　　文章提出了一种全新的SPPs耦合方式，通过一系列亚波长“人”字型微纳金属结构，解决了目前入射光偏振态严重影响SPPs耦合效率以及SPP传播方向无法精确控制等技术难题，实现了SPPs的可重构定向耦合新机制，该研究成果对微纳光子芯片水平的SPPs产生、传输、调控、互联与探测等应用有重大积极推进作用，为未来发展SPPs大规模光电子集成与互联技术奠定了基础。

　　袁小聪教授谈到，信息时代的计算机按照“摩尔定律”飞速发展，但是近年来该定律越来越受到纳米尺寸极限的挑战，而且随着集成电路中线路密度的增加，其复杂性和差错率也将呈指数增长，同时能耗、散热也越大，因此人们热切寻求集成电路的替代方案。集成光子回路将会用“光子芯片”取代传统的“电子芯片”，具有传输速度快、能耗低等优点。经过广大研究人员的努力，现今集成光子技术已初步取得一些结果，并应用于光通信、光网络等，未来的“光子芯片”将成为构成整个“光互联世界”王冠上一颗璀璨的明珠，真正实现高处理速度、高存储密度、高集成度、低能耗的新一代信息技术。【更多内容】