
7月17日,韩国首尔国立大学与首尔市立大学联合团队在《Advanced Science》发表成果:他们让光在芯片里的延迟第一次能用软件实时调节。
传统光缓存全是“焊死”的。微环谐振器构成的耦合谐振诱导透明(CRIT)可以让光脉冲的群速度大幅降低,但延迟量、透明窗口的形状一旦流片就不可更改。要换个延迟,只能重新设计芯片。

▲ Conceptual diagram of the programmable CRIT photonic integrated circuit: illustrates how optical pulses experience changes in temporal delay and frequency characteristics as they propagate through the circuit. Credit: Seoul National University College of Engineering
团队直接动了底层物理。他们把CRIT系统中的亮模和暗模统一视作一个“自旋量”的两个分量,再外接两个可调谐的环路耦合器作为旋钮。这两个耦合器相当于射频里的I/Q调制器,能连续控制亮暗模的混合比例和相对相位。于是,整个系统的延迟、带宽和通带形状被压缩成一两个可实时电控的自由度。
效果很直观。仿真中,光脉冲的群延迟从几十皮秒平滑调到几百皮秒,透射窗口频谱能从对称钟形变成不对称的Fano线型。更实用的是,这种调节还能同步完成光载波的频率转换——在芯片内一边减速一边移频,完全不需要额外非线性模块。

▲ Structure of the programmable CRIT photonic integrated circuit: shows how the flow of light can be freely controlled by adjusting coupling between optical resonators. Credit: Advanced Science, originally published in Advanced Science
可靠性也没有停留在纸面。他们把设计映射到氮化硅(Si₃N₄)光子集成平台上做了三维电磁仿真,注入波导损耗、微环品质因子波动、背向散射、相位误差和热串扰等实际噪声。结果表明,可编程慢光功能依然站得住。氮化硅无源光路损耗低,与CMOS工艺兼容,离多项目晶圆(MPW)流片并不遥远。
国内在这一赛道并不落后。马赫-曾德尔干涉仪网格的可编程光芯片已有大规模集成,上海交大、中科院微电子所等在硅光可重构网络上积累深厚。慢光方面,我们在光子晶体波导、超高Q值氮化硅微环中也做出过灵活的时延控制,只是此前多停留在分立或固定场景。首尔团队的“自旋表示+双环路耦合”相当于给系统加上了全自由度可编程灵魂,而国内CUMEC、上海微系统所等已具备成熟的氮化硅工艺链,从仿真到验证的路径是通畅的。

▲ Optical signal delay and frequency conversion: demonstrates that optical pulses can be delayed and their frequency components modified depending on circuit control conditions. Credit: Advanced Science, originally published in Advanced Science
一旦这类可编程光缓冲芯片跑通,单颗器件就能用软件定义方式承担信号同步、可变时延线、光缓存甚至波长转换多种角色。对“东数西算”枢纽和AI训练集群的低功耗光互连极具诱惑:不需要塞一堆固定延迟线阵列,一颗可调延时芯片就能动态平衡各通道时序,大幅压缩器件数量和散热压力。再往前看,无人驾驶的激光雷达信号处理、量子存储接口,同样需要这种实时可控的慢光。
群速度早就不是常数,只是此前只能在设计阶段捏一次。韩国团队这次打通了从“捏一次”到“随心捏”的原理关。对中国光子集成产业而言,这补上了光计算和光互连从无状态传输走向有状态处理的关键缓冲逻辑,值得立刻竞合。
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