當摩爾定律逼近物理邊界,光子技術正成為突破瓶頸的關鍵鑰匙。近日,一項突破性研究成果表明,新型光子芯片放大器成功將數據傳輸帶寬提升3倍,這一進展不僅標志著光電子技術邁向新紀元,更預示著未來計算架構的變革。
傳統(tǒng)電子芯片通過銅導線傳輸電信號,其速度受限于電阻、電容和電磁干擾等物理效應。即便采用最先進的5納米工藝,數據傳輸速率仍難以突破每秒萬億比特(Tb/s)大關。而光子芯片以光波為信息載體,利用光的偏振、波長等特性進行編碼,具有天然的高帶寬、低延遲和抗電磁干擾優(yōu)勢。此次研發(fā)的光子放大器通過優(yōu)化光波導結構,采用量子點摻雜增益介質,實現了對光信號的級聯放大,將單通道傳輸速率從400Gb/s推高至1.2Tb/s,相當于1秒鐘可傳輸240部高清電影。
該放大器的核心突破在于其三維光互連架構。研究人員將多層硅基光波導垂直堆疊,通過微環(huán)諧振器實現光信號的精準耦合與路由。這種設計將傳統(tǒng)平面光路的"單車道"擴展為立體交叉的"多車道網絡",配合分布式布拉格反射鏡進行信號整形,有效抑制了光脈沖展寬效應。實驗數據顯示,在10公里傳輸距離內,誤碼率保持在10?¹²量級,完全滿足數據中心長距離傳輸需求。
當前全球超大規(guī)模數據中心年均耗電量已超過部分國家,其中60%能耗用于數據搬運。光子放大器可支撐單根光纖承載10倍于現狀的數據量,配合空分復用技術,有望將數據中心內部帶寬密度提升至Pbit/s級,顯著降低冷卻與供電壓力。
面向6G的THz頻段通信需要太赫茲級帶寬支持,光子放大器與硅光子集成收發(fā)模塊結合,可構建超高頻譜效率的前傳網絡。測試中,單基站吞吐量已達10Tb/s,為8K全息視頻流、觸覺互聯網等應用鋪平道路。
在汽車雷達系統(tǒng)中,光子放大器使激光雷達(LiDAR)的數據刷新率從10Hz躍升至30Hz,結合邊緣計算單元,可將自動駕駛決策延遲壓縮至10毫秒以內。在AR/VR設備中,通過光互連實現的多核處理器協(xié)同,能實時渲染8K@120fps的沉浸式畫面。
盡管實驗室數據亮眼,光子芯片的產業(yè)化仍面臨成本、工藝兼容性等挑戰(zhàn)。目前單個光子放大器的制造成本約為同功能電子器件的5倍,且需要與CMOS工藝實現無縫集成。業(yè)界預測,隨著300mm硅光子產線陸續(xù)投產,到2028年光子器件價格有望下降至合理區(qū)間。
更令人期待的是,該技術正與量子計算、神經擬態(tài)計算等前沿領域產生交叉。通過光子放大器構建的光神經網絡,可模擬人腦的低功耗并行計算模式;在量子通信中,其超寬帶特性為量子密鑰分發(fā)提供了理想的信道載體。
昵稱 驗證碼 請輸入正確驗證碼
所有評論僅代表網友意見,與本站立場無關