北京大學電子學院與中科院空天信息研究院合作，首次實現光子芯片時鐘在信息系統中的應用
發布時間：2025-2-28 08:52
發布者：eechina
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2月25日，北京大學電子學院常林研究員團隊與中國科學院空天信息研究院李王哲研究員課題組合作，在國際頂級學術期刊《Nature Electronics》在線發表了題為“Microcomb-synchronized optoelectronics”的研究文章，宣布在世界上首次實現了光子芯片時鐘在信息系統中的應用。這一突破性成果標志著我國在光子芯片技術領域取得了重大進展，為未來超高速芯片的發展提供了重要解決方案。 突破傳統瓶頸，實現光電子系統同步 傳統電子技術在生成高頻信號時面臨帶寬窄、信號易失真、功耗高等問題，而光電子系統中光學合成信號與電子時鐘的頻率不匹配，導致同步困難。為解決這一難題，研究團隊基于可量產的超低損耗氮化硅光子芯片，開發了基于片上微梳的振蕩器。該振蕩器結合了集成超高Q值諧振器的微梳和自注入鎖定技術，能夠合成覆蓋從兆赫茲到105 GHz的微波信號，為系統提供共享的時頻參考，從而實現光學和電子信號的自然同步。 
多波段通感一體系統，簡化硬件結構 研究團隊進一步展示了基于該芯片的多波段通感一體系統，通過單一芯片實現了5G、6G、毫米波雷達等不同電磁波波段的多種功能，并可在傳感和通信兩種模式之間靈活切換。這一創新設計不僅簡化了硬件結構，還大幅降低了系統的復雜性和成本。該系統實現了厘米級別的感知精度，以及調制格式高達256-QAM的6G通信。 廣泛應用前景，推動行業變革 該技術有望在多個領域得到廣泛應用。在處理器芯片中，該方案可以將時鐘頻率提升至100G以上，提供遠超目前芯片的算力；在手機基站中，它可以顯著降低設備的能耗和成本；在自動駕駛領域，毫米波雷達的集成化設計將有助于提升感知精度和響應速度。這一技術的突破將為通信和感知領域帶來革命性的變化，推動相關行業的快速發展。 團隊與論文信息 該論文的共同第一作者為北京大學電子學院博士后張祥鵬，博士研究生張緒光和陳玉君。北京大學電子學院常林研究員、中國科學院空天信息研究院李王哲研究員和加州大學圣巴巴拉分校John E. Bowers教授為論文的共同通訊作者。主要合作者還包括北京大學電子學院王興軍教授、胡薇薇教授、博士后勞成昊、博士研究生周子璇、黃佳輝，加州大學圣巴巴拉分校Warren Jin博士，中國空天院空天信息研究院董婧雯副研究員、馬尉超副研究員和劉宸鈺一級助理研究員。該工作由北京大學電子學院區域光纖通信網與新型光通信系統國家重點實驗室作為第一單位完成。 論文鏈接：Microcomb-synchronized optoelectronics 這一成果的發布，不僅展示了我國在光子芯片領域的技術實力，也為全球光電子技術的發展貢獻了中國智慧。隨著該技術的進一步推廣和應用，未來將在通信、計算、自動駕駛等多個領域帶來深遠影響。 |
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