【儀表網 研發快訊】近日，東南大學電子科學與工程學院張彤團隊首次研制了采用光學真延時方案的薄膜鈮酸鋰基四通道4-bit集成微波光子波束形成芯片，完成了從結構設計到晶圓級芯片制備、再到功能驗證的完整研究過程。相關成果以“寬帶鈮酸鋰基集成微波光子波束形成芯片”(Broadband Lithium Niobate Integrated Microwave Photonic Beamforming Chip)為題發表在國際著名學術期刊《激光與光子學評論》上。
在集成光學芯片小型化進程中，鈮酸鋰憑借諸多優勢，作為關鍵材料成為全球科研團隊爭相研究的焦點。寬帶高頻微波光子雷達是目前發展的重點，基于微波移相器的電控波束形成網絡存在波束斜視問題只能支持窄帶操作，不適合寬帶雷達系統和寬帶無線通信。傳統技術對應的微波光子波束形成組件通常體積較大、可靠性差、工作頻率較低。
在該研究中，團隊突破性地將數十個微波光子器件，包括電光調制器、光開關、光波導延時線、模斑轉換器，集成在了一個15 mm×13 mm的芯片上，實現了大角度多波束掃描(-75.42°至77.58°內11個不同角度)。與國際上報道的基于絕緣體上硅、Si3N4、SiO2和InP等其他波導材料的微波光子波束形成芯片相比，該芯片采用薄膜鈮酸鋰材料，展現出高頻、超寬帶延時(2-50 GHz)的顯著性能優勢，同時具備小尺寸、低功耗的特點。這項工作推動了薄膜鈮酸鋰基多功能集成微波光子系統的發展，并為寬帶片上雷達的實際應用開辟了道路。
高密度集成的光電芯片集成技術是芯片領域最為前沿和重要的發展方向，張彤教授研究團隊以片上集成光學器件及系統的實用化為目標，長期致力于將先進的微納加工工藝技術、光電子學原理等前沿科研方向交叉結合，研制性能優越的光電芯片，已經取得了一系列優異的科研成果。值得一提的是，該工作所展示的芯片在性能上已經達到國際領先水平，在國內現有的技術條件下很有希望實現快速的成果轉化和產業化，進步意義明顯。
該論文第一作者是東南大學電子科學與工程學院博士生秦妍妍和顧曉文，導師張彤教授為唯一通訊作者。該工作受到江蘇省前沿引領技術基礎研究重大項目(集成電路專項——光子芯片集成專題)和國家自然基金等科研項目的資助，是光電芯片領域的重要成果。
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