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|全新等离子体光子芯片：利用光进行超高速数据传输( 二 )


|全新等离子体光子芯片：利用光进行超高速数据传输
本文插图

单片的“电子-等离子体光子“高速发射器（图片来源：参考资料【1】）
过去二十年来 ， 单片方案有过失败 ， 因为光子芯片比电子芯片要大得多 。 于尔格·鲁特霍尔德说 ， 这妨碍了它们集成到单颗芯片上 。 光子元件的尺寸 ， 使之无法与现今电子产品中流行的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术结合到一起 。
鲁特霍尔德表示：“现在 ， 我们已经用等离子体光子器件取代普通的光子器件 ， 解决了光子器件与电子器件之间的尺寸差异问题 。 ”十年来 ， 科学家们一直在预测 ， 等离子体光子学（Plasmonics） ， 作为光子学的一个分支 ， 将为超高速芯片奠定基础 。 等离子体光子学可以让光波挤进比光波长小得多的结构中 。
下图所示：单颗芯片上结合了电子技术和等离子体光子技术 ， 因此可以放大光信号 ， 并更快地传输数据 。
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（图片来源：IEF/Springer Nature Ltd.）
由于等离子体光子芯片比电子芯片要小 ， 所以我们现在实际上可以制造出包含光子层和电子层的更紧凑的单块芯片 。 为了将电信号转化为更快的光信号 ， 光子层（上图中红色部分）包含了一个等离子体光子强度调制器 ， 它是基于引导光达到更高速度的金属结构 。
这也带来了电子层（上图中蓝色部分）中的速度提升 。 在称为“4:1 多路复用”的过程中 ， 四个低速输入信号被捆绑和放大 ， 以便它们在一起形成高速电信号 。 科赫表示：“然后 ， 它会被转化成一个高速光信号 。 通过这种方式 ， 我们首次在单块芯片上以超过每秒100吉比特的速度传输数据 。 ”
为了达到破纪录的速度 ， 研究人员不仅将等离子体光子技术与经典的 CMOS 技术结合起来 ， 而且还结合了更高速的双极互补金属氧化物半导体（BiCMOS）技术 。 他们也利用了来自华盛顿大学的温度稳定的新型电光学材料 ， 并借鉴了地平线2020项目 PLASMOfab 和 plaCMOS 的见解 。 据鲁特霍尔德称 ， 他们的实验表明 ， 这些技术可以结合起来创造最快的小型芯片：“我们坚信 ， 这个解决方案也将为未来光学通信网络中更快的数据传输铺平道路 。 ”
关键词
光子、电子、等离子体
参考资料
【1】Koch, U., Uhl, C., Hettrich, H. et al. A monolithic bipolar CMOS electronic–plasmonic high-speed transmitter. Nature Electronics 3, 338–345 (2020). DOI: 10.1038/s41928-020-0417-9
【2】Moazeni, S. CMOS and plasmonics get close. Nature Electronics 3, 302–303 (2020). DOI: 10.1038/s41928-020-0426-8
【3】https://devicematerialscommunity.nature.com/posts/a-monolithic-bipolar-cmos-electronic-plasmonic-high-speed-transmitter
【4】https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/07/new-plasmonic-chip-for-ultrafast-data-transmission-using-light.html


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