由香港城市大學(CityU)，哈佛大學和著名信息技術實驗室成員組成的研究團隊成功制造了一個微型片上鈮酸鋰調(diào)制器，這是光電子行業(yè)的重要組成部分。調(diào)制器體積更小，效率更高，數(shù)據(jù)傳輸速度更快，成本更低。該技術將徹底改變行業(yè)。

在這項突破性研究中生產(chǎn)的電光調(diào)制器長度僅為1至2厘米，其表面積比傳統(tǒng)的小約100倍。它也非常高效 - 數(shù)據(jù)傳輸速度更快，數(shù)據(jù)帶寬從35 GHz增加到100 GHz，但能耗更低，光損耗更低。本發(fā)明將為未來的高速，低功率和成本有效的通信網(wǎng)絡以及量子光子計算鋪平道路。

該研究項目的標題是“在CMOS兼容電壓下運行的集成鈮酸鋰電光調(diào)制器”，并發(fā)表在最新一期的“ 自然 ”雜志上。

電光調(diào)制器是現(xiàn)代通信中的關鍵組件。它們在計算設備(如計算機)中將高速電子信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后通過光纖傳輸。但是現(xiàn)有的和常用的鈮酸鋰調(diào)制器需要3到5V的高驅(qū)動電壓，這顯著高于1V，這是由典型的CMOS(互補金屬氧化物半導體)電路提供的電壓。因此，需要一種使整個裝置體積龐大，昂貴且耗能高的電放大器。

城大電子工程系助理教授，該論文的共同第一作者，哈佛大學和諾基亞貝爾實驗室的研究團隊王成博士開發(fā)出一種新的方法來制造可在超級電容器上操作的鈮酸鋰調(diào)制器 - 具有與CMOS兼容的電壓的高電光帶寬。

“未來，我們將能夠?qū)MOS放在調(diào)制器旁邊，這樣它們可以更加集成，功耗更低。不再需要電子放大器，”王博士說。

由于該團隊開發(fā)的先進納米制造方法，該調(diào)制器尺寸很小，同時以高達210 Gbit /秒的速率傳輸數(shù)據(jù)，光損耗比現(xiàn)有調(diào)制器低約10倍。

“鈮酸鋰的電學和光學特性使其成為調(diào)制器的最佳材料。但納米級制造非常困難，這限制了調(diào)制器尺寸的減小，”王博士解釋說。“由于鈮酸鋰具有化學惰性，傳統(tǒng)的化學蝕刻效果不佳。雖然人們普遍認為物理蝕刻不能產(chǎn)生光滑的表面，這對于光學傳輸至關重要，但我們已經(jīng)用我們新穎的納米制造技術證明了這一點。”

隨著光纖在全球變得越來越普遍，鈮酸鋰調(diào)制器的尺寸，性能，功耗和成本正在成為一個需要考慮的更大因素，尤其是在信息和通信技術(ICT)數(shù)據(jù)中心的時候。預計該行業(yè)將成為全球最大的電力用戶之一。

這項革命性的發(fā)明正在走向商業(yè)化的道路上。王博士認為，那些尋求具有最佳性能的調(diào)制器來長距離傳輸數(shù)據(jù)的人將是第一批接觸光子學基礎設施的人。

王博士于2013年開始這項研究，當時他加入哈佛大學，在哈佛大學的John A. Paulson工程與應用科學學院攻讀博士學位。他最近加入城大，正與城大的太赫茲和毫米波國家重點實驗室的研究小組一起研究其即將進行的5G通訊的應用。

“毫米波將用于在自由空間中傳輸數(shù)據(jù)，但是在基站之間和之內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，例如，它可以用光學器件完成，這將更便宜，損耗更小，”他解釋說。他相信這項發(fā)明也可以實現(xiàn)量子光子學的應用。