据《中国科学报》报道，香港城市大学副教授王骋团队与香港中文大学研究人员合作，利用铌酸锂为平台，开发出处理速度更快、能耗更低的微波光子芯片，可运用光学进行超快模拟电子信号处理及运算。相关研究成果2月29日发表于《自然》。

集成微波光子芯片通过光学元件产生、传输和调控微波信号。但一直以来，集成微波光子系统难以同时实现芯片集成和高保真度、低功耗的超高速模拟信号处理。

王骋表示：“为了解决这些难题，我们的团队开发了集成微波光子系统，将超快电光转换模块与低损耗、多功能信号处理模块同时结合在一块芯片上，这是前所未有的成果。”

消息指出，能实现卓越效能的原因是负责集成的薄膜铌酸锂平台。

铌酸锂对光子学的重要性堪比微电子学中的硅，所以它又被称为“光子学之硅”，是一种非常有潜力、可实现大规模片上光子集成应用的平台。与其他光学材料相比，它同时具有优异的电光效应、超低的光学损耗，以及大规模、低成本的制造工艺。

王骋团队研发的集成铌酸锂微波光子芯片不仅速度比传统电子处理器快1000倍，具有67吉赫兹的超宽处理带宽和极高的计算精确度，而且它的能耗更低。以处理一个250×250像素的图片为例，集成铌酸锂微波光子芯片仅需要3纳焦的能耗就能完成对图片边缘信息的提取，而传统的电子芯片若要执行相同的任务，则需要几百甚至上千纳焦的能耗。

论文共同第一作者、香港城市大学本科生葛通认为，这次研究的高光时刻，是在进行超高速信号处理测试时，将脉宽小于10皮秒的脉冲信号直接输入到芯片中，示波器上观测到该信号的微分结果的那一刻。

他说：“这直接证明了我们的光子处理器可以有效处理如此高速的信号，创造了一个全新的世界纪录。”

同时指出，集成铌酸锂微波光子芯片将以傲人的优势，进入5G和6G无线通信系统、高分辨率雷达系统，以及图像/视频处理等多种应用场景。

下一步，王骋团队将对芯片进行进一步优化和验证，其中关键的技术挑战包括如何进一步提高集成度、实现芯片与控制电路的高效封装、优化设备性能和稳定性等，从而使其真正进入产品化阶段。

本文初摘录于：2024-03-02，最后校对或编辑于：2024-03-02