近日，北京大学电子学院的王兴军教授、彭超教授和舒浩文研究员联合团队取得了一项令人瞩目的突破，成功实现了全球首个电光带宽达到110GHz的纯硅调制器。这一成果在《科学·进展》杂志上在线发表，题为《110GHz带宽慢光硅调制器》。

这项突破具有重要意义。自2004年英特尔在《自然》杂志上报道了首个1GHz硅调制器以来，国际上首次实现了纯硅调制器带宽超过100GHz的突破。这对于加速光电子领域的发展，将产生深远影响。


110GHz纯硅调制器问世

随着人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术的大规模应用，全球数据总量呈指数式增长，而硅基光电子技术是光通信系统的未来。硅基调制器可以实现电信号向光信号的功能转换，而且它的优点多多，包括低成本、高集成度、CMOS工艺兼容等。所以，它是完成片上信息传输与处理的关键有源器件，就好比是光通信的“变形金刚”。

然而，硅基调制器带宽一直以来都有一个问题，带宽相对较小，一般为30-40GHz。这意味着它难以适应未来超过100Gbaud通信速率的需求，成为硅基光电子学在高速领域发展的一个瓶颈。这就好比是一辆跑车无法在高速公路上发挥最大速度，但王兴军教授和他的团队找到了解决之道。

他们采用硅基耦合谐振腔光波导结构，引入了神秘的“慢光效应”，构建了完整的硅基慢光调制器理论模型。然后，通过合理调控结构参数，他们深度优化了调制器性能。这就好比是他们为这辆跑车装上了一台超级引擎，使它可以在高速公路上自由驰骋。

王兴军教授兴奋地介绍，这个纯硅调制器有很多超赞的特点，包括超高带宽、超小尺寸、超大通带以及互补金属氧化物半导体（CMOS）集成工艺兼容等。它不仅满足了未来超高速应用场景对超高速率、高集成度、多波长通信、高热稳定性及晶圆级生产等需求，还为高速、短距离数据中心和光通信的应用提供了重要关键技术支撑。它就好比是未来光通信系统的一颗明亮星星，照亮了我们通信的未来。

110GHz是如何实现的？

据介绍，电光调制器是实现硅基光电集成及其应用的最核心器件之一，其基本功能是实现信息从电域向光域的转换。

研究团队在超高速纯硅调制器方面取得的创记录的突破，实现了全球首个电光带宽达110GHz的纯硅调制器，这是硅基光电子领域的重大突破，对于未来的光通信系统、大数据传输、人工智能等领域的发展具有重要意义。

研究团队在纯硅材料体系下，设计并制备了在1550纳米左右通信波长下工作的超高带宽硅基慢光调制器，实现了110GHz的超高电光带宽，创造了纯硅调制器的带宽上限。同时，这一调制器将调制臂尺寸缩短至百微米数量级，以简单二进制振幅键控调制格式实现了单通道超过110Gbps的高速信号传输，极大地降低了算法成本与信号延迟，同时在宽达8纳米的超大光学通带内保持多波长通信性能的高度均一性。

这一成果展示了硅基光电子学在下一代超高速应用领域的巨大价值。该项研究的负责人王兴军表示：“研究团队在不引入异质材料与复杂工艺的前提下，实现了硅基调制器带宽性能的飞跃，未来还可实现低成本晶圆级的量产。”这一成果的突破，使得硅基光电子学在下一代高速通信领域得到了广泛应用的可能。


纯硅调制器的发明意义重大

我们国家在超高速以及超大容量的信号传输设备上一直都缺乏核心关键设备，这既面临着西方国家的技术垄断，也面临着随时被人家卡脖子的问题，更为关键的一点，在信号传输方面，毕竟涉及到信号保密安全的问题，安全风险不容小觑。

这一成果不仅在技术上具有重大意义，还为未来数据中心和光通信的发展提供了重要的技术支持；并为高速、短距离数据中心和光通信的应用提供了重要关键技术支撑。随着人工智能、大数据和云计算等新一代信息技术的不断发展，这项创新技术有望在未来得到广泛应用，进一步推动数据中心和光通信领域的发展。

具体来说，首先，110GHz的调制速率将大大提高数据传输的速度和容量，满足日益增长的数据需求。其次，纯硅调制器的制造成本相对较低，可以大规模生产，降低了光通信系统的整体成本。此外，纯硅调制器的稳定性和可靠性也得到了显著提升，为光通信系统的长期运行提供了保障。

北大的这一成果引起了全球光通信领域的广泛关注和赞誉。业内专家表示，该纯硅调制器的问世将推动光通信技术的发展，为未来的智能城市、物联网和5G通信等领域提供强有力的支持。同时，这也彰显了我国在光通信领域的技术实力和创新能力。我们相信，在这一领域的不断努力和探索下，硅基光电子技术将不断突破自我，把信息通信技术带入新的高峰。