imec、根特大學發表全整合單晶片微波光子系統，實現光與微波訊號整合

根特大學（Ghent University）imec 研究單位的光子研究小組（Photonics Research Group）與 IDlab、imec 聯合展示一款全整合、單晶片微波光子系統，將光訊號與微波訊號處理功能整合於單一矽晶片上。其研究成果已刊登於期刊《自然-通訊》（Nature Communications）中。

根特大學 imec 光子研究小組教授 Wim Bogaerts 表示，此技術透過消除笨重的外部元件，為次世代無線通訊與先進感測系統開啟更精巧、成本效益更高的解決方案之路。

該晶片整合高速調變器、光學濾波器、光電偵測器及轉印雷射，成為一個精巧、自主且可程式化的高頻訊號處理解決方案。這項突破有望取代體積龐大且耗電的傳統元件，使無線網路速度更快、微波感測成本更低，並部署於 5G/6G、衛星通訊及雷達系統等應用領域。

現代通訊網路仰賴高速光纖連線與無線射頻（RF）傳輸，隨著資料傳輸需求日益增加、頻率不斷攀升，新系統必須實現光通訊與無線微波技術的整合，才能克服訊號處理的複雜性、高傳輸損耗與高耗電問題。

其中，微波光子（Microwave photonics）技術正是解方之一，透過光學技術處理高頻訊號，具備較低損耗、更大頻寬與更佳能源效率。然而，目前大多數微波光子系統仍依賴笨重的光纖架構，限制了可擴展性。將微波光子學整合到晶片上，則可望打造更省電、具擴展性的系統，但早期實驗大多功能不全，或需仰賴外部元件才能達成完整表現。

這次展示的矽光子引擎，可在單晶片上處理並轉換光與微波訊號，其關鍵創新在於結合可重組的調變器與可程式化的光學濾波器，實現高效率的微波訊號調變與濾波，同時大幅降低訊號損耗，因此可更靈活、高效地應對各種複雜訊號處理任務。

該晶片建構於 imec 的標準 iSiPP50G 矽光子平台上，該平台具備低損耗波導、被動元件、高速調變器與偵測器，以及可調整光學響應的熱光相位調變器。為了整合光源，研究人員透過開發的微轉印技術（microtransfer-printing），在晶片上整合磷化銦（InP）光放大器，並結合晶片內的可調濾波電路，使該放大器可做為可調式雷射光源，強化整體系統的靈活性。