- 面積降至萬(wàn)分之一以下
- 處理速度提高到1000倍
- 相位控制效率提高到10倍
- 從時(shí)分復(fù)用的光信號(hào)中指定信道
日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所宣布，采用半導(dǎo)體技術(shù)開發(fā)出了芯片面積在1mm2以下的光開關(guān)。與原來(lái)由單個(gè)部件構(gòu)成的產(chǎn)品相比，面積降至萬(wàn)分之一以下。據(jù)產(chǎn)綜研介紹，現(xiàn)已證實(shí)，利用該元件能夠從由40Gbps的4信道時(shí)分復(fù)用而成的160Gbps光信號(hào)中選出指定信道。
光開關(guān)是指，像鐵路道岔一樣，對(duì)輸入光線的輸出端進(jìn)行切換的波導(dǎo)路。過去的光開關(guān)大多采用通過光程差來(lái)干擾光的馬赫-曾德爾（MZ）型干涉儀。不過，存在的課題是不容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化。
此次開發(fā)的光開關(guān)結(jié)合了利用光的相位調(diào)制技術(shù)和干擾反射光的邁克爾遜干涉儀。元件面積最小為0.3mm2。采用MZ型干涉儀的光開關(guān)，其干涉部分的面積為約10cm2，而此次開發(fā)的光開關(guān)尺寸降至其萬(wàn)分之一以下。之所以能夠減小尺寸，最主要的原因是“通過將干涉儀換成邁克爾遜型干涉儀，使相位調(diào)制部分與控制光的導(dǎo)入部分得以貼近”。另外，使用MZ型干涉儀時(shí)，利用現(xiàn)有技術(shù)很難像此次這樣集成在1個(gè)芯片上。
利用子帶間躍遷將處理速度提高到1000倍
利用光的光相位調(diào)制技術(shù)也叫做全光相位調(diào)制。這是利用子帶間躍遷（ISBT）原理實(shí)現(xiàn)的。ISBT指在半導(dǎo)體的各價(jià)帶或?qū)е谐霈F(xiàn)的能級(jí)（子帶）之間進(jìn)行能量躍遷。與價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的躍遷相比，激發(fā)的電子釋放出晶格振動(dòng)（聲子）后返回基態(tài)子帶的概率很高，從激發(fā)到緩解的時(shí)間非常短，只有數(shù)ps。也就是說(shuō)，通過利用這種ISBT才能將光相位調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于超過100Gbps的高速數(shù)據(jù)傳輸處理上。而在價(jià)帶與導(dǎo)帶間的躍遷中，從激發(fā)到緩解需要數(shù)ns時(shí)間，只能實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)Hz左右的數(shù)據(jù)處理。
之所以能利用ISBT控制光相位，是因?yàn)檫_(dá)到激發(fā)狀態(tài)時(shí)，波導(dǎo)路的折射率會(huì)發(fā)生改變。要想達(dá)到激發(fā)狀態(tài)，控制光要采用光的磁場(chǎng)與量子肼平面平行的 “TM（transverse magnetic）偏振波”。而電場(chǎng)與量子肼平面平行的TE（transverse electric）偏振波則作為信號(hào)光使用。因TE偏振波與ISBT無(wú)關(guān)，因此能夠明確分清控制光和信號(hào)光的作用。
相位控制的效率也提高到10倍
產(chǎn)綜研過去一直在利用ISBT研發(fā)光相位控制技術(shù)。實(shí)現(xiàn)ISBT的量子肼結(jié)構(gòu)的是在InP基板上層疊III-V族的半導(dǎo)體層。據(jù)產(chǎn)綜研介紹，此次通過調(diào)整設(shè)計(jì)，將原來(lái)帶隙波長(zhǎng)為1200nm左右的調(diào)整到1450nm左右，從而使相位調(diào)制的效率也提高到了原來(lái)的約10倍。產(chǎn)綜研表示最近發(fā)現(xiàn)“帶隙波長(zhǎng)越接近信號(hào)光的波長(zhǎng)，相位調(diào)制的效率就越高”。
