3月20日，中国激光杂志社公布了“2019年度中国光学十大进展”，量子秘钥分发、光子芯片、智能激光器、全色激光显示等20项重大光学科技成果入选（基础研究类与应用研究类各10项）。其中，哈工大（深圳）徐科、宋清海课题组牵头完成的“可密集集成和任意路由的模分复用光子芯片”入选应用研究类十大进展。据悉，这是一项前瞻性的研究，主要解决了光电子芯片的数据容量和芯片尺寸问题，为未来的数字技术发展奠定了基础。
光电子芯片也有“软肋”
该成果于2019年7月以“可密集集成和任意路由的模分复用光子芯片”为题发表在《自然·通讯》上。哈尔滨工业大学（深圳）博士研究生刘英杰为论文第一作者，徐科副教授、宋清海教授、姚勇教授和上海交通大学杜江兵副研究员为共同通讯作者，哈尔滨工业大学（深圳）为第一单位和通讯单位。
基于“二维码”结构的片上弯曲波导和交叉器件
课题组徐科副教授在接受记者采访时表示，光电子芯片是高速通信系统的关键收发器件，在数据中心、5G、超级计算机等领域有重要应用。为什么光电子芯片会被“委以重任”？徐科解释道：“现在大数据对网络带宽的需求非常高，而且持续快速增长，需要光通信网络作为支撑。光纤作为传输介质容量很大，但是到了数据中心或者终端，转换成电就遇到瓶颈了。光电子芯片一个很重要的应用就是在这个地方进行高速、大容量的光电转换，将传输光纤中的光信号转换成服务器、处理器能接收的电信号。”
光电子芯片是将多个元器件高度集成的，具有尺寸小、功耗低的优点，但它同时也有“软肋”——芯片上的多模光波导容易受到串扰和损耗的限制，很难做到紧凑、密集，从而导致芯片的集成度不够，数据通道数上不去，而哈工大（深圳）课题组的研究主要就是解决了这个问题。
神奇“二维码”实现容量大提升
哈工大（深圳）课题组及科研合作团队基于一种“二维码”光子结构和优化算法，通过对波导有效折射率的精准调控，设计并制备了片上基于模分复用的关键功能性器件。模分复用是一种面向未来大通量并行信号处理与传输的新技术，但一直受到串扰和损耗的困扰，导致芯片集成规模受限。研究人员通过“二维码”新型光子结构和优化算法成功解决了这一问题，实现了尺寸仅为数微米的关键元件，比传统器件缩小了一个数量级，器件制作与标准硅光流片工艺完全兼容。这一突破使得光电子芯片的布线密度和集成规模得到了显著提升，支持更大的芯片带宽。
“目前，提高芯片带宽有很多种方法，比如多个物理通道并行，或者波分复用（同一个物理通道中的利用不同波长同时并行传输数据），或者近年来发展起来的模分复用（同一个物理通道中的利用不同导波模式同时并行传输数据）。波分复用可用的近红外光谱资源已接近饱和，人们开始转向模分复用。我们这个工作就是要解决模分复用芯片的布线过程中损耗高、串扰大导致芯片集成密度和规模受限的问题。解决了该问题，更大规模集成的模分复用芯片就成为可能了，也意味着芯片的数据容量可以得以显著提升。”徐科说。
模分复用集成光路和其高速信号传输性能
为未来技术发展扫清“障碍”
入选“十大进展”，意味着科学界认可了该项成果的重要性，对其发展寄予厚望。那么，这项成果什么时候才能影响到我们的生活呢？
在这项成果发表的时候，媒体报道曾用“对网络拥堵说‘不’”来形容其影响力，但徐科认为这一说法并不准确。他表示，这一成果距离民用还有很长的距离，“目前的技术手段已经基本可以很好地满足日常的需求，暂时还不会用到这一项技术。模分复用是前瞻性技术手段，瞄准的是波长资源耗尽的时候，比如带宽需求达到几十个Tbit/s的时候如何实现。当然，不排除一些特定的场合会使用到这一技术，比如超级计算机或者一些特定的网络节点对带宽有非常高的需求，可能会选择模式和波长复用结合的方法。”
虽然这一成果暂时还不会改变人们的生活，但它对于科技的进步依然具有非常重要的意义，使得未来的一系列研究有了技术保障。“模分复用是学术界提出的一个超前概念，目前商用产品还没有必要用到它。我们做的就是把难题提前解决掉，使模分复用成为一种可供选择的技术手段，为未来的科技发展扫清障碍。”徐科透露，课题组围绕前期成果，还在研究“一些更有意思的技术”。“我们的研究瞄准前沿，当前不一定会用到，但是某一天需要的时候这个技术一定要有。”徐科说，这就是科研工作者的眼光和担当。