降低硅光子器件与系统能耗策略探讨

0 下载量 89 浏览量 更新于2024-07-15 收藏 1.33MB PDF 举报
“Lowering the energy consumption in silicon photonic devices and systems [Invited]” 这篇文献主要探讨了降低硅光子学设备和系统能量消耗的关键问题。硅光子学是一种利用硅材料来处理光信号的技术,它在数据通信、计算和传感器等领域具有广泛的应用。然而,随着技术的发展,能源效率成为了一个至关重要的考虑因素。 文章首先强调了当前硅光子学设备的能量消耗问题,并列举了四个关键领域来降低这种消耗: 1. 减少热光效应的影响:热光效应是指光信号通过材料时,由于温度变化引起折射率变化的现象,这会导致器件性能的不稳定。文章指出,通过设计和优化,例如使用Mach-Zehnder干涉仪(MZI)结构的器件,可以实现无额外能量消耗的热稳定性能。相比之下,微环谐振器(micro-rings)目前还没有有效的被动热稳定解决方案。 2. 提升激光器在硅上的墙插效率:墙插效率是衡量光源将输入电能转化为光能的效率。文章提到,直接键合的III-V族材料(如镓砷、氮化镓等)与硅结合,可以提高激光器在硅基平台上的效率,从而减少能量损失。 3. 优化调制器的能效性能:调制器是改变光信号强度或相位的关键组件。为了降低其能量消耗,研究人员正在寻找新的调制机制和设计,以提高调制速度同时保持低驱动电压。 4. 增强光电探测器的灵敏度:光电探测器用于转换光信号为电信号。高灵敏度的探测器可以减少所需的入射光功率,从而降低整体系统的能耗。改进材料、结构或采用增益机制(如雪崩光电二极管)是提高探测器灵敏度的方法。 降低硅光子学设备和系统的能量消耗需要综合考虑多方面的技术改进。通过解决上述四个关键问题,可以显著提高硅光子学的能源效率,这对于满足未来高速通信和计算需求至关重要。该领域的研究将持续推动技术创新,以实现更加节能、高效的光电子解决方案。