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一种硅基芯片上的新型的信号处理方法

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-09-18 作者:责任编辑。陈微竹0371

上图所示为绝缘体硅外表声波光子器材的顶视图显微镜图画。金条纹光栅(右)被用来驱动声波,然后在规范波导中影响光。

跟着光子学的引进,电子电路的才能得到了扩展:光的发生、引导和勘探元件。电子和光子学一起支撑整个数据通讯和处理系统,所有这些都在一个芯片上。但是,有些作业即使是电信号和光信号也不能做,由于它们移动得太快了。

来自以色列巴伊兰大学工程学院和纳米技术与先进资料研讨所的Avi Zadok教授说,“有时候,慢一点,实际上效果更好。重要的信号处理使命,如频率通道的准确挑选,要求数据在几十纳秒的时刻尺度上推迟。由于光速很高,光波在这些时刻范围内传达了多米。在硅芯片中不能包容这样的途径长度。这是不现实的。在这个条件下,快的纷歧定是好的。”

事实上,这个问题是一个恰当陈旧的问题。60年来,模仿电子电路在信号处理方面一向面临着相似的应战。在声学的方式中找到了一个很好的解决方案:感兴趣的信号从电域转化成声波的方式。当然,音速比光速慢10万倍。声波能够获得超越数十微米而不是米的必要推迟。这样的途径长度易于在芯片上包容。在传达之后,推迟的信号能够转化回电子学。

在近期宣布在《天然通讯Nature Communications》杂志上的一项新作业中,Zadok和他的搭档将这一原理运用于硅光子电路。

“在硅芯片中引进声波有几个困难,”参加这项研讨的巴伊兰大学博士生Dvir Munk说。“用于硅光子学的规范层结构称为绝缘体上的硅。尽管这种结构十分有效地引导光,但它不能约束和引导声波。相反,声波仅仅漏走了。”由于这一困难,曾经在硅中结合光波和声波的作业不触及规范层结构。别的,还需要额定的非规范资料的混合集成。

上图所示为丈量窄带射频滤波器的频率呼应,用硅芯片中的光波和声波完结。蓝色:试验成果。赤色:规划呼应。

“第一个应战能够经过在硅片上外表传达声波来战胜,”Munk说。“这些外表声波不会很快走漏。但是,这儿还有一个问题:声波的发生一般依赖于压电晶体。这些晶体在电压效果下会胀大。不幸的是,这种物理效应在硅中并不存在,咱们更乐意防止在器材中引进额定的资料。”

另一种挑选是,依赖于金属的光照。入射光携带着方针的信号,Katzman解说说。它照耀芯片上的金属图画。金属胀大和缩短,并使下面的硅外表应变。经过恰当的规划,初始应变能够驱动外表声波。反过来,声波经过同一芯片中的规范光波导。这些波导中的光受外表波的影响。这样,感兴趣的信号经过声学从一个光波转化到另一个光波。一起,在很短的时刻内就积累了很多的推迟。

这个概念结合了光和声波在规范硅没有悬浮膜或运用压电晶体。声波频率可达8吉赫兹,但这一概念可扩展到100吉赫兹。作业原理不只适用于硅,也适用于任何基底。文中还介绍了该办法在输入射频信号窄带滤波器中的运用。高挑选性滤波器运用40纳秒的长推迟。Munk说:“咱们不运用5米长的波导,而是在150微米内完结这种推迟。”

Zadok教授总结道:“声学是硅芯片中缺失的一个维度,由于声学能够完结仅用电子和光学很难完结的特定使命。咱们第一次在规范硅光子学平台上增加了这个维度。这一概念将光供给的通讯和带宽与声波的挑选性处理结合起来。”

这种设备的一个潜在运用是在未来的蜂窝网络中,如广泛的5G。单靠数字电子学或许不足以支撑这种网络中的信号处理要求。这种新式的光和声波设备或许有所协助。

来历:https://phys.org/news/2019-09-combines-silicon-chips.html

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