可编程光子集成电路实现光信号实时调控

传播速度快是光计算的优势，但有时也成为实现信号处理功能的难题。韩国首尔大学与首尔市立大学联合研究团队开发出一种可编程光子集成电路，可根据需求调控光信号传播速度，让其“慢下来”，同时实现对光信号传输特性的实时调控。这突破了传统光学延迟结构难以灵活调控的限制，有望推动下一代AI计算、光通信和数据中心向更高速、更低功耗方向发展。相关论文发表于最新一期《先进科学》杂志。

光子芯片是下一代光计算的重要方向。然而，光总是以固定速度传播，如何像电子芯片一样实现信号延迟、缓存和同步，一直是光计算发展的关键瓶颈。

此次，研究团队设计出一种可编程光子集成电路，不仅能够根据需要控制光信号传播速度，还可实时调控光信号波形和传输特性，实现比现有技术更灵活的慢光控制。这一突破的关键，是一种名为耦合谐振腔诱导透明（CRIT）的光学结构。该结构利用多个微小光学谐振腔之间的相互作用，让特定频率的光在传播过程中减速。但过去，这类器件制造完成后工作方式便固定，若想延长光延迟时间或改变工作频率，往往需要重新设计器件。

团队提出了一种全新的设计思路，将原本需要分别调控的两种光学状态统一起来，并引入两个可调节的环形耦合器，使固定结构的器件具备按需重构能力。研究表明，新结构不仅能够调节光信号延迟时间，还可控制信号带宽、传输特性等关键参数，显著提升光信号传播的调控灵活性。

模拟结果显示，在器件运行过程中，光脉冲传播速度可以实时调节，在保持信号处理性能的同时，实现光信号延迟时间动态控制，并可无需额外器件完成光频率转换。进一步验证表明，该器件可基于成熟的氮化硅光子芯片平台制造，并能在材料损耗、热串扰等实际工程条件下稳定运行。

这项技术有望将信号同步、可变延迟线、光缓冲器和频率转换等功能集成到单一光子芯片中。未来若实现产业化，一块光芯片即可像软件定义系统一样，根据需求切换功能，有望降低数据中心和AI服务器能耗。