近日，北京大學(xué)電子學(xué)院傳來(lái)了一項(xiàng)突破性的科研進(jìn)展。該學(xué)院常林研究員團(tuán)隊(duì)攜手中國(guó)科學(xué)院空天信息研究院的李王哲研究員團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際權(quán)威期刊Nature Electronics上發(fā)表了題為“Microcomb-synchronized optoelectronics”的研究論文。該研究首次成功地將光子芯片時(shí)鐘應(yīng)用于信息系統(tǒng)中，標(biāo)志著信息技術(shù)領(lǐng)域的一次重大革新。
這項(xiàng)技術(shù)的核心在于利用可大規(guī)模生產(chǎn)的超低損耗氮化硅光子芯片。研究團(tuán)隊(duì)通過這片小小的芯片，借助光學(xué)頻率梳生成了高精度且低噪聲的時(shí)鐘信號(hào)。這一創(chuàng)新不僅突破了傳統(tǒng)電子芯片在時(shí)鐘帶寬、能耗以及噪聲等方面的局限性，更為未來(lái)超高速芯片的發(fā)展指明了方向。
在傳統(tǒng)電子技術(shù)中，高頻信號(hào)的生成往往面臨著帶寬受限、信號(hào)易失真以及功耗過高等挑戰(zhàn)。而在光電子系統(tǒng)中，光學(xué)合成信號(hào)與電子時(shí)鐘的頻率不匹配問題也一直是同步技術(shù)的難題。為了攻克這些難關(guān)，研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開發(fā)出了一種基于片上微梳的振蕩器。這種振蕩器巧妙地將集成超高Q值諧振器的微梳與自注入鎖定技術(shù)相結(jié)合，能夠合成覆蓋從兆赫茲到105 GHz的微波信號(hào)，為系統(tǒng)提供了共享的時(shí)頻參考，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)和電子信號(hào)的自然同步。
研究團(tuán)隊(duì)還展示了基于該芯片的多波段通感一體系統(tǒng)。這一系統(tǒng)通過單一的芯片就實(shí)現(xiàn)了5G、6G、毫米波雷達(dá)等不同電磁波波段的多種功能，并能夠在傳感和通信兩種模式之間靈活切換。這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅極大地簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，還有效降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了厘米級(jí)別的感知精度，并支持調(diào)制格式高達(dá)256-QAM的6G通信。
據(jù)北京大學(xué)電子學(xué)院介紹，這項(xiàng)技術(shù)的潛在應(yīng)用價(jià)值廣泛。在處理器芯片領(lǐng)域，該方案有望將時(shí)鐘頻率提升至100G以上，從而提供遠(yuǎn)超當(dāng)前芯片的算力。在手機(jī)基站方面，它能夠顯著降低設(shè)備的能耗和成本，提高運(yùn)營(yíng)效率。而在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，毫米波雷達(dá)的集成化設(shè)計(jì)則將有助于提升車輛的感知精度和響應(yīng)速度，為自動(dòng)駕駛技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
這一研究成果的發(fā)布，不僅標(biāo)志著我國(guó)在光子芯片技術(shù)領(lǐng)域的又一次重大突破，也為全球信息技術(shù)的未來(lái)發(fā)展注入了新的活力。隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用場(chǎng)景的拓展，光子芯片時(shí)鐘有望成為推動(dòng)信息技術(shù)革命的重要力量。
同時(shí)，這一成果的取得也離不開研究團(tuán)隊(duì)的辛勤付出和密切合作。他們憑借深厚的科研功底和不懈的探索精神，攻克了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難關(guān)，最終實(shí)現(xiàn)了這一具有里程碑意義的創(chuàng)新。
相信在未來(lái)，隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，我們將迎來(lái)一個(gè)更加高效、智能和便捷的信息時(shí)代。
