突破极限：华盛顿大学研究开发出快速微米级电光调制器

GW华盛顿大学研究人员首次开发并演示了一种硅基电光调制器，比当前最先进的技术更小、更快、更高效。通过在硅光子芯片平台上添加铟锡氧化物（ITO）–一种在触摸屏显示器和太阳能电池中发现的透明导电氧化物–，研究人员能够制造出1微米大小的紧凑型器件，能够产生千兆赫兹速度的信号调制，即每秒10亿次。

电光调制器是互联网的主力军。它们将计算机和智能手机上的电数据转换为光纤网络的光数据流，实现视频流等现代数据通信。由于数据服务的需求正在迅速增长，并向下一代通信网络发展，因此新的发明非常及时。利用其紧凑的体积优势，电光转换器可作为光计算硬件的传感器，如模仿人脑的光学人工神经网络以及随着5G时代的到来现代生活中的大量应用场景都可以被利用。

应用场景

目前使用的电光调制器的尺寸通常在1毫米到1厘米之间。减小其尺寸可以提高封装密度，这在芯片上是至关重要的。虽然硅通常是构建光子集成电路的无源结构，但硅材料的光-物质相互作用会诱发相当弱的光指数变化，需要较大的器件尺寸。虽然谐振器可以用来增强这种微弱的电光效应，但它们会缩小器件的光学工作范围，并从所需的加热元件产生高能耗。

解决方案

乔治华盛顿大学（George Washington University）电气与计算机工程副教授沃尔克•索尔格（Volker Sorger）领导的研究项目，通过在硅光子波导芯片中非均匀地添加一层薄的氧化铟锡材料层，证明了光学指数的变化比硅大1000倍。与许多基于谐振器的设计不同，这种光谱宽带器件在温度变化时很稳定，可以让一根光纤电缆携带多个波长的光，增加了系统传输数据量。

研究前景

“我们很高兴实现了这个长达十年之久的目标，即展示出一个GHz快速的ITO调制器。这为下一代光子可重构器件开辟了一个新的领域，调制器的性能增强但尺寸减小，”Sorger博士说。

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