雪梨大學的一組研究人員成功開發了一種結合了光子學和電子學的通訊晶元原型，為先進的雷達、衛星系統、先進的無線網路以及未來的6G和7G移動技術鋪平了道路。
通過將基於光學或光子的元件整合到傳統的電子電路板中，研究人員顯著提高了射頻（RF）頻寬，並展示了高頻訊號的精度提高。 他們通過採購矽晶圓並以“小晶元”的形式連線電子和光子元件來構建這個 0.。2 x 0.2 英吋 （5 x 5 mm） 網路半導體晶元的工作原型。
整合SI-AS2S3MWP陷波濾波器的高階原理圖。 RF輸入訊號通過Si-AS2S3晶元上的調製器調製到光載波。 然後對調製的光訊號進行處理和光檢測。 陷波濾波器響應在RF輸出頻譜中是可見的，其中F1處的頻譜分量衰減，而F2處的訊號則沒有衰減。 BSI-AS2S3PIC**，其中包含 （C） 用於光載波控制的矽 EO 調製器和電路，以及 （D） 用於布里淵處理的 AS2S3 螺旋波導的假彩色光學顯微鏡影象。 PIC光子積體電路，EO電光，CSR邊帶比，TC可調耦合器，TPS可調移相器，VOA可變光衰減器。
關鍵的挑戰是在單個晶元上整合光子學和電子元件以及有效的微波光子濾波器。 然而，通過精確調諧到更高頻段的特定頻率，研究團隊能夠更準確地通過晶元傳遞更多資訊，這對於未來依賴更高頻率的無線技術至關重要。
此外，他們還改進了晶元過濾資訊的方式。 傳統的微波濾波器會阻擋錯誤頻率範圍內的訊號，而微波光子濾波器對基於光的訊號執行相同的功能。 通過引入帶有有源EO元件的緊湊型5mm 5mm晶元級MWP陷波濾波器，研究團隊展示了37MHz的光譜解像度。 這一成就是通過在互補金屬氧化物半導體（CMOS）代工廠製造的矽光子晶元中異構整合硫族化波導而實現的，矽光子晶元包含整合調製器和光電探測器，硫族化物波導提供布里淵增益。
實驗裝置。 b 測得的RF陷波濾波器響應，3dB窄頻寬為37MHz，注釋抑制大範圍為51dB。 C 在8GHz下測得的帶陷波的MWP陷波濾波器的射頻響應。 dNotch濾波器頻率調諧。 陷波頻率為 25 至 15GHz。 測量兩種不同CSR的光譜。 Si-AS2S3PIC 上的光學處理將 CSR 從 CSR1（藍色）降低到 CSR2（橙色）。 調製邊帶與光載波偏移7 GHz。 F 使用 CSR1 和 CSR2 測量陷波濾波器的射頻響應。 測量的 gNotch 和帶通濾波器響應。 通過改變片上DDMZM的直流偏置，可以產生帶通響應，允許光電流在布里淵諧振之外產生破壞性干擾。 l 雷射器（TeraxionNLL）、EDFA摻鉺光纖放大器、PC偏振控制器、C環行器、TC可調耦合器、VOA可變光衰減器、TPS可調諧移相器、DDMZM雙驅動器Mach-Zehnder調製器、BPF帶通濾波器（BPF1、BPF3：SantecOTF-320。 bpf2：alnairbvf-300cl）。
目前，研究成果處於開發階段，雖然取得了重大進展，但仍存在一些問題需要解決，例如降低AS2S3波導的損耗以進一步提高射頻鏈路的效能。 然而，即使在現階段，研究成果也已經為6G技術的發展提供了重要的藍圖，並有望對多個領域產生深遠的影響。
簡化布里淵增益光學測量的設定。 b 測得的布里淵增益和損耗響應。 簡化布里淵增益電子測量的設定。 d陰影跡線表示AS2S3波導在不同耦合幫浦浦功率（P）下測得的SBS響應。 實線表示洛倫茲擬合。 e 測得的SBS增益是幫浦浦功率的函式。 OSA光譜分析儀（ApexAP2083A）、VNA向量網路分析儀（AgilentPNan5224A）、PD光電探測器、EDFA摻鉺光纖放大器、DDMZM雙驅動器Mach-Zehnder調製器。 布里淵頻移用 b 表示。
隨著裝置的不斷優化和雷射器的整合，完全整合的基於布里淵的MWP系統有望成為現實。 這將有助於開發新的整合平台，實現一系列片上MWP處理功能，包括移相器、真實延時、變頻器和射頻源。 這些技術不僅將徹底改變雷達、衛星通訊和無線網路，而且有可能應用於航空航天、國防和物聯網，以解決這些領域的訊號處理挑戰。
更重要的是，這種高效能、緊湊的光學半導體晶元將對社會和經濟發展產生積極影響。 通過提高通訊效率和資料處理能力，為資訊時代注入新的活力，推動技術創新和產業公升級。
總的來說，這項結合光子學和電子元件的通訊晶元的研究是無線通訊領域的乙個重要里程碑。 科研團隊通過創新的方法和嚴謹的實驗，成功解決了長期存在的技術難題，為行業和社會帶來了實質性的進步。 隨著未來的發展和應用，我們期望這一科研成果能夠在更多領域發揮其獨特的優勢，推動科技進步和社會經濟發展。
integrated microw**e photonic notch filter using a heterogeneously integrated brillouin and active-silicon photonic circuit
matthew garrett, yang liu, moritz merklein, cong tinh bui, choon kong lai, duk-yong choi, stephen j. madden, alvaro casas-bedoya & benjamin j. eggleton
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