浅谈低损耗硅基片上的可编程处理器.docx

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1、浅谈低损耗硅基片上的可编程处理器第一作者：谢意维，洪仕瀚通信作者:戴道锌研究背景芯片尺度的可编程光信号处理器被认为是光信号处理的强大引擎,其旨在设计通用的集成光子线路来实现各种功能，如电信、雷达、激光雷达、子和人工智能。硅光子学因其CMOS兼容性、高集成密度以及高热调谐效率而被认为是实现大规模可编程光学处理器的最有理想的选择之一。目前已经报道了各种可编程硅光子处理器的光子集成拓扑器件，其中包括有限冲激响应滤波器(FIR)基于MZ1光开关级联的延迟线以及亚波长光栅波导、阵列波导光栅、级联微环道振遥和基于MZ1的平方/六边形/三角形网格网络。然而，开发具有大量调谐元件的大规模可编程光学集成电路仍然

2、面临很大挑战，主要。是：如何降低硅光波导的损耗以实现大规模芯片制备，并且如何有效降低由于制造缺陷造成的热调元件随机相位误差以实现低能耗易操作的可编程芯片。图1可编程片上信号处理器的结构图文章亮点针对片上高性能可编程信号处理器的重要需求，浙江大学光学科学与授研究团队提出了一种将超低损耗多模硅光波导螺旋线和近零随机相尔光开关相结合的可编程硅光信号处理器。其中采用的螺旋波导宽度用标准生产工艺波导传输损耗仅为0.28dBcm,远小于传统的硅光汉同时，采用展宽热调元件的新型2x2MZI结构，通过将热调元件波寸，可显著减小波导累积随机相位误差。此外，通过优化MZ1多模干）导等结构，并对其模场传输进行精细控

3、制，有效降低了高阶模的激发MZ1器件具有低随机相位误差的突出优点，大大简化系统控制及测试低热调元件能耗，使得大规模MZ1阵列的控制和操作更为简便。通过件，该可编程硅光处理器成功验证了可调延时、微波光子波束形成、任意波形产生等多种功能切换。200-2500-300001.0-0.2-1000-1500-200010203040Frequency(GHz)50008 6 4 260.0.Cio(Sd)UoneeAeaaruM-rUM9runruM/32(BP)RS150100500-4042-44-46图2(a)基于光延迟线的4通道光子波束形成器的重构(12城且输入，4个探测器输出)；(b)实验设

4、置。测量延迟线第一通道所有32种延迟状态下微波信号的相位响应(C)和群延迟响应(d)。在18GHZ时，所有四个信道的延迟变化(C)和测量的S21(f)De1aydifferenceof22.72ps154015451550155515601565-20ODe1aydifferenceof90.88ps154015451550155515601565Wave1ength(m)O 15 3O 015 2 3一一Ind P IPONCrossta1keffectfromO 5.55 No-2.p) uoe-岂PIPON图3（a）任意频谱产生器的重构（14端口输入，03端口输出）；滤波器频谱响应测量：（b）-（d）滤波器自由光谱范围可调谐性的演示；（e）滤波器通带整形的演示该工作以1ow-Iosschip-sca1eprogrammab1esi1iconphotonicprocessor,为题发表在OPtO-E1eCtrOniCAdvances（光电进展）2023年第3期。一