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[光纤光缆 ] 它只有1至2厘米!却能带来革命性的创新

chencadcad

P: 2018-10-09 09:12:23

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推动技术发展的从来不是依靠外形的大小,更多时候是需要打破现有的局限,才会有更多新的发现。

光电调制器(Electro-optic modulators)是现代通讯的重要部分,能够将电脑等计算机器等高速电子讯号转换为光讯号,并通过光纤传送。现在人们普遍使用的铌酸锂调制器具有整体器材体积大、成本昂贵,且用电量较高的缺点,在日常使用中不够便利。

不过,现在这个局面将要被打破,一块只有 1 至 2 厘米的芯片,将在数据传输、通讯网络、甚至是量子光学领域为我们带来革命性的改变。

这块芯片,便是由香港城市大学(香港城大)、美国哈佛大学以及著名信息科技实验室诺基亚-贝尔(Nokia Bell)实验室的专家联合研制的重要部件:集成铌酸锂调制器芯片。它不但比一般的调制器尺寸更小、而且传输数据的速度更快、成本也更低,效率也要大大高于一般调制器,还可在超高的电光带宽(带宽愈大,能传输的数据愈多)及与 CMOS 电压兼容的架构中运作。

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新型调制器(中间红色部分)比传统调制器小很多,比一个硬币还要小,而且能够以更低的成本更快地传送数据。(图片来源: Dr. Wang Cheng and Dr. Zhang Mian)

这项新发明由哈佛大学 Marko Lon?ar 教授的研究组领衔研究,并以《以 CMOS 电压运作的集成铌酸锂调制器》(Integrated lithium niobate electro-optic modulators operating at CMOS-compatible voltages)为题,发表于最新一期的权威期刊《自然》(Nature)上。论文共同第一作者为来自香港城大电子工程学系的助理教授王骋博士。

研究团队制成的光电调制器最大的突破在于只有1 至 2 厘米长,表面面积甚至比普通的传统调制器小了约 100 倍!而在数据传输方面,这款新研制的调制器的效率远远甩开了传统调制器,数据带宽由 35 GHz 提升三倍至 100 GHz,大大提高了数据传输的速度,并且还有耗电低、光损耗也极低的优点,在将来,这项新发明能够促进高速、低耗电和成本效益好的通讯网络以及量子光计算的发展。

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(a 显示新研制的可以直接与CMOS相连接的集成铌酸锂调制器芯片示意图; b 显示需要专门电压放大器的传统铌酸锂调制器示意图;c 显示新研制的铌酸锂调制器只需用约 1 伏特电压;d 显示集成铌酸锂调制器的显微照片和截面示意图。图片来源: ? 2018, Springer Nature)

另一方面,研究团队运用先进的纳米制造方式,成功缩小了调制器的体积,但是数据传输速度高达每秒 210 千兆位(Gbit),比一般调制器的光损耗低 10 倍。

随着光纤在全球的应用越来越普及,铌酸锂调制器的体积、性能、耗电量以及成本效益也变得越来越重要。未来信息及通讯科技业的数据中心会是全球耗电量最大的用户之一。因此对于数据中心来说,这款新研发的铌酸锂调制器的优势非常关键。这次革命性的研究成果也正在逐步商品化,那些用调制器进行远程传输数据的机构将率先体验到这款新发明的优势。

那么,这款铌酸锂调制器究竟是使用了什么制作方式,才能够在拥有如此迷你身躯的同时,还能够更快、更有效地传输数据?它的运作方式和传统的调制器又有什么不同?在未来,它还能够发挥多大的作用?

相信你心中还有这些疑问

那么哪里可以知道这些答案呢?


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