快1000倍！研究人员开发出超高速信号处理微波光子学芯片

2024-02-29 13:58

近日，香港城市大学电子工程系的Wang Cheng教授领导的研究团队成功研制出了一款世界领先的微波光子（MWP）芯片。这款芯片能够利用光学原理，进行超快速的模拟电子信号处理和计算。

该芯片不仅在速度上比传统电子处理器快出1000倍，而且能耗更低。其广泛的应用领域涵盖了5/6G无线通信系统、高分辨率雷达系统、人工智能、计算机视觉以及图像/视频处理等多个方面。

该团队与香港中文大学合作进行了这项研究，研究结果已发表在《自然》（Nature）杂志上，题为《集成铌酸锂微波光子处理引擎》（Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine）。

随着无线网络、物联网和基于云的服务的迅速扩展，对底层射频系统的需求也急剧增长。微波光子学(MWP)技术以其独特的优势，通过利用光学元件进行微波信号的产生、传输和处理，为这些挑战提供了有效的解决方案。然而，集成MWP系统一直面临着同时实现超高速模拟信号处理、芯片级集成、高保真度和低功耗等多重挑战。

为了应对这些挑战，Wang Cheng教授的研究团队开发了一种全新的MWP系统。该系统创新地将超快电光（EO）转换与低损耗的多功能信号处理集成在一个芯片上，这一成就在之前的研究中是从未实现过的。

这一卓越性能得益于基于薄膜铌酸锂（LN）平台的集成MWP处理引擎。这种引擎能够执行多种模拟信号的处理和计算任务。据介绍，这款芯片不仅具备67 GHz的超宽处理带宽，还拥有出色的计算精度。

多年来，该团队一直致力于集成LN光子平台的研究。值得一提的是，2018年，哈佛大学和诺基亚贝尔实验室的同事们在薄膜铌酸锂（LN）平台上开发了世界上第一个CMOS（互补金属氧化物半导体）兼容的集成电光调制器，这为当前的研究突破奠定了坚实的基础。薄膜铌酸锂（LN）因其在光子学领域的重要性而被誉为“光子学中的硅”，其在光电子学领域的地位与微电子学中的硅相当。

这一工作不仅开创了一个全新的研究领域——薄膜铌酸锂（LN）微波光子学，还使得微波光子学芯片具备了紧凑的尺寸、高信号保真度以及低延迟等诸多优点。更重要的是，这一突破代表了一个芯片级的模拟电子处理和计算引擎的崭新方向。