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发表于 2023-11-6 23:04:40
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国科大杭高院论文登Nature大子刊,IF32.7
近日,国科大杭州高等研究院&中国科学院上海技术物理研究所胡伟达联合团队的最新成果以“On-chip optoelectronic logic gates operating in the telecom band”为题登上国际学术期刊《Nature Photonics》。该成果构建了多波导与黑磷的集成平台用于光信号的高灵敏快速逻辑运算,实现了多种基于硅基光电子芯片的片上光电逻辑门,演示了光电逻辑门器件在边缘提取、符号识别、图像融合及加密解密领域的新型应用,为视觉边缘计算带来了新的机遇。
光子和电子是最基本的传输和计算载体。1849年英国数学家George Boole首先提出了进行逻辑运算的数学方法—布尔代数,被广泛应用于解决开关电路和数字逻辑电路的分析和设计中。在传统方式中,传感器将光信号转换成电信号,在电路中进行逻辑计算。
人工智能时代下,传感端的数据量大幅增长,集成电路面临摩尔定律难以延续的瓶颈,硅基光电子芯片成为后摩尔时代换道超车的核心技术,高效、高集成的光电子混合计算方案成为了亟待解决的关键科学问题。
光电逻辑门把逻辑算法耦合到光电传感单元,将逻辑运算能力带到原始图像信息发源的最前端。它按照指定的因果关系对光信息进行推理运算,再以电信号的形式输出,成为全电逻辑门和全光逻辑门的重要补充,有望成为下一代逻辑电路的基本单元。
近年来,国内外科学家在这方面相继开展了深入研究。但当前的光电逻辑门仅限于紫外和可见波段的基本线性逻辑功能,针对应用前景更广泛的通讯波段片上光电逻辑门的方案仍然没有提出来。硅波导和黑磷的集成平台在实现高集成、高效光电运算方面具有独特优势,无需考虑晶格匹配的限制。通过模拟器件电位分布并设计编程方式,获得了多种二位布尔逻辑门以及复合逻辑功能。受益于高性能范德华异质结,器件在通讯波段(1.55μm)表现为高灵敏(0.35 A/W)和快速响应能力(230 MHz),这表明器件具备快速处理微弱光信号的能力。进一步地将片上光电逻辑门应用在智慧交通激光雷达领域中,演示了边缘提取、符号识别、图像融合以及加密解密应用,为新型光电逻辑计算芯片带来了新的机遇。 |
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