中国光学10大進展|チップに光子加車道を突破の大規模集積ボトルネック

原标题:中国の光学10大進展|チップに光子加車道を突破の大規模集積ボトルネック巧妙な作戦で、多くのサッカーチームが同じ球場でフォーメーションを練習することを想像できますか?中国のある科学研究チームは光電子チップ上の光波のためにこのようなコンパクトな方案を見つけた。光電子チップは光通讯分野の先端機器、一夫当关、光ファイバー伝送する光信号の翻訳をしてきた大容量のサーバーやプロセサ「読める」ができるのです。膨大なデータフローに直面し、サイズが小さく、低消費電力の光電子チップは帯域幅の面で圧力が大きい。ハルビン工業大学(深セン)准教授の徐科、宋清海教授と上海交通大学研究員の杜江兵、何祖源教授のチームは協力して、成功的に新型構造と最適化アルゴリズムを設計し、光電子チップに「車道」を増加させ、同時にクロストークと損失の問題を解決し、大規模集成のための事前資料を作った。中国科学院上海光学精密機械研究所と中国光学学会が主催する中国レーザー雑誌社はこのほど、2019年度中国光学十大進展を発表し、上述の「密集集成と任意ルートのモード分多重光子チップ」が応用研究類成果として入選した。3月26日、徐科氏は、「(www.thepaper.cn)」の記者の特別取材を受けた際、この仕事は一種の最先端の「モジュール再利用」概念に基づいており、肝心なボトルネックを突破した。「我々はモジュール多重光子チップの大規模集積を可能にした」と彼は言った。「現在、我々は3つのデータチャンネルを提示し、最新の実験結果は4つのデータチャンネルを完成し、今後、我々は多重チャンネル数の上で更に突破し、チップの消費電力を低減する。」光電変換の関門同チームが研究している半導体の光電子チップは、近年台頭してきた通信チップの一種である。光通信システムの基本原理のようには、発射の端に高速データ流电気の信号が変調出力レーザ光の信号を光ファイバリレーを通じて、受付の端から光信号の後を生み出すには電気信号、調剤代わりを経て情報になる。光電子チップはその中で光電変換という任務を担っている。徐科氏によると、大容量、高データフローの光電チップは、5Gプレパス、データセンター、スーパーコンピューティング相互接続システムに重要な応用がある。将来は量子計算、人工知能、バイオセンシングなど他の分野でもその姿を見ることができる。光電子チップのバンド幅は,システム全体の速度に対して重要であると考えられる。光ファイバーの伝送速度がいくら速くても、飛行時間が短いように見えても、安全検査のために行列が1列しかないとなると、全体の行程が遅くなる。通信の「車道」を増やすそれに伴い、モジュール分割多重の概念が誕生し、それは、レーザの数を増加させることなく、チップの並列処理能力を著しく向上させることができる。「モジュール再利用という概念を持ち出す前に,まず波長再利用についてご紹介します。」徐科は言った。波長分割多重は1978年に提案され,すでに幹線ファイバ伝送システムに広く応用されている。それぞれのデータチャネル(導波路)はいくつかから数十個の波長を伝送し、それぞれの波長は異なるデータをロードする。波長間では干渉しないため,波長チャネル数を増やすことで通信容量を向上させることが可能であり,これが波長分割多重である。「一方、モード分割多重は波長分割多重と同様、波長の代わりに光波の別の物理量(導波モード)を使用し、多重化技術のために1つの次元を増加させ、通信容量を向上させる新しい方法である。」徐科は言った。帯域幅の需要が急速に増加するにつれて、波長の資源が飽和する時、モジュール分割多重技術は更に光子チップの帯域幅を高めることができると彼は信じている。大規模集積へ近年、モジュール分割多重技術を用いて、光電子チップのバンド幅を向上させる研究が多く行われている。しかしながら、1つの重要な問題は、マルチモード光導波路の損失およびクロストークである。「集積回路のように大規模な配線ができないようにする」徐科は言った。この難題が、同チームのデザインした離散化の波波尋超構造、一種の観光の新型光子の構造を少しみたいに最適化アルゴリズムは、光を実現できる場の精巧な調整。研究者はモード(解)マルチプレクサ、マルチモード湾曲導波路、導波路交差などのキーデバイスを設計し、調製した。伝送導波路は、任意に曲がり、交差する場合、高効率、低クロストークの信号伝送を維持することができる。(a) 3モデルの周波数分割と曲げ構造の顕微鏡写真;(b)モード多重及び逆多重デバイスの顕微鏡写真;(c)亜波長超構造を有する導波路SEM写真;(d)三モード多重と交差構造の顕微鏡写真;(e)カスケードの導波路交差装置顕微鏡写真;(f)サブ波長超構造を有する導波交差素子SEM写真。このμmウェルター級の新型模素子は、あまりで模分多重信号の写真で低読んだり、串擾(解)周波数分割と任意の規模の連結が可能になった、が先端光通信素子選択する新しい技術を提供した。グローバル光通信デバイスの市場規模はここ数年来安定的に増加し、2020年の収入は166億ドルに達すると予想されている。中国は約30%のシェアを占めたが、核心基盤素子の開発・製造能力が弱かった。工信部が発表した「中国光電子デバイス産業技術発展路線図(2018-2022年)」によると、2022年中低端光電子チップの国産化率が60%を超え、ハイエンド光電子チップの国産化率が20%を突破することを確保する。「ハイエンド光電子チップはずっと争ってレイアウト先進国の上流の技術は、わが国が現在の国産化の程度は低い。」徐科は言った。「キー・コア・チップ技術を突破して、『コア不足』から抜け出さなければならないということを深く認識しなければならない」