可任何地方生产光子集成电路 华盛顿大学团队开发光子芯片激光打印机

盖世汽车讯 光子集成电路是重要的下一代技术。这些复杂的微芯片有可能大幅降低电子设备的成本并提高电子设备的速度和效率，具体应用领域包括汽车技术、通信、医疗保健、数据存储和人工智能计算。

光子电路使用光子（光的基本粒子）来移动、存储和访问信息，其方式与传统电子电路使用电子实现此目的的方式大致相同。如今，光子芯片已经在先进的光纤通信系统中使用，并且不断开发以在不久的将来技术中实现，包括用于自动驾驶汽车的光检测和测距（LiDAR）；用于医疗设备的光传感器；5G和6G通信网络；以及光学和量子计算。

鉴于光子集成电路现有和未来的广泛用途，获得能够为研究和工业应用制造芯片设计的设备也很重要。然而，当今的纳米制造设施的建设成本高达数百万美元，远远超出了许多学院、大学和研究实验室的能力范围。

对于那些能够使用纳米制造设施的人员而言，必须至少预留一天的时间来使用严格且耗时的光刻工艺（制造微芯片）。最重要的是，如果设计中出现错误，或者芯片因其他原因无法正常工作，则必须丢弃有故障的电路，调整设计，并制造新芯片。这通常会导致在洁净室中度过数天甚至数周。

据外媒报道，由华盛顿大学（University of Washington）领导的研究小组设计出一种绕过昂贵的纳米制造设施并几乎可以在任何地方生产光子集成电路的新方法。相关研究已发表于期刊《Science Advances》。

图片来源：华盛顿大学

该团队开发出的创新方法，可以通过激光写入器将这些电路写入、擦除和修改为相变材料薄膜，类似于可刻录CD和DVD所使用的材料。这种新工艺使得光子集成电路的构建和重新配置只需纳米制造实验室所需时间的一小部分。

这个跨大学团队由华盛顿大学电气与计算机工程和物理学系教授Mo Li领导。“光子技术即将出现；因此，我们需要在这一领域培训学生。但对于学生来说，要学习光子电路并获得实践经验，目前他们需要使用数百万美元的设施，”Li教授表示。这项新技术解决了这个问题。使用我们的方法，以前必须在昂贵且难以访问的设施中制造的光子电路，现在可以通过一种快速、低成本设备（与传统桌面激光打印机大小相当）在实验室、教室甚至车库车间中进行打印和重新配置。”

为学生、研究人员和行业带来优势

学生并不是唯一从这种创建光子集成电路的新方法中受益的人群。对于研究人员来说，这一进步将使原型设计和测试新想法的周转时间更快，然后再在纳米制造设施中预订宝贵的时间。

对于工业应用来说，这种生产光子集成电路的方法的一大优势是可重构性。例如，各公司可以使用这项技术在数据中心创建可重新配置的光学连接，特别是在支持人工智能和机器学习的系统中，这将节省成本并提高生产效率。

提高性能，构建商业设备

该团队开发的方法已被证明是有效的，但它仍然是一个早期阶段的概念。Li已经提交了临时专利申请，并且正在计划构建用于光子集成电路的桌面激光写入器。 该打印机可以以较低价格出售，并广泛分发给世界各地的研究实验室和教育机构。 他还与行业领导者合作，推动这项新技术在可编程光子芯片和可重构光网络中的可能应用。

这种用于光子芯片的激光打印机将使用分级系统，该系统将以比传统桌面打印机更精确的方式移动基材。该团队将在构建原型时寻求优化其性能的方法。他们还将致力于通过材料科学和激光写入技术的进一步研究，来减少所使用的相变材料的光学损耗。这将使打印机能够生产出比目前更详细、更复杂的电路。

“这项技术可以创建用户想要的光子电路，但它也可以添加到现有的电子电路中。而且由于它是可重新配置和可重复使用的，为学生、研究人员和工业界带来了许多可能性，”Li表示。“最令我兴奋的是，通过向更广泛的研究界传播这种新工具和技术，我们可能会对光子学领域产生巨大影响。”