鴻海研究院攜手陽明交大打造「髮絲級」光通訊晶片 成果登頂尖期刊《ACS Photonics》 單晶片整合超穎介面與光子晶體面射型雷射技術 開闢資料中心 矽光子學 衛星通訊 無人機通訊新未來

發布日期

September 1, 2025

【台灣台北–2025年9月1日】全球最大科技製造平台服務公司鴻海科技集團(Hon Hai Technology Group, TWSE:2317)旗下鴻海研究院(Hon Hai Research Institute, HHRI)半導體所再次突破技術極限,此技術突破由鴻海研究院半導體所暨陽明交大講座教授郭浩中所長,聯同半導體所洪瑜亨組長、繆文茜研究員,蕭復合研究員、張雲翰研究員,攜手陽明交大鄒志偉特聘教授的研究團隊,成功開發出全球首創的單晶片整合超穎介面–光子晶體面射型雷射(Metasurface-Photonic Crystal Surface-Emitting Laser, meta-PCSEL)技術,實現超小型、偏振多工的光學傳輸器。這項突破性技術大幅提升自由空間光通訊的效率與穩定性,為資料中心、矽光子學、衛星通訊、無人機通訊及無線光學網路等應用開闢了全新可能性。研究成果已正式發表於光子學領域頂尖期刊《ACS Photonics》註1,2,彰顯其在全球光子學領域的重大影響力。研究團隊特別感謝鴻海研究院新世代通訊研究所吳仁銘所長在研究過程中提供的寶貴指導與支持。

圖說,所提出的單晶片光通訊傳輸器,用於具有偏振控制的自由空間光通訊示意圖; (a) 單晶片整合超穎介面與光子晶體面射型雷射,用於自由空間光通訊的概念圖; 僅三根頭髮寬的光通訊傳輸器顯微鏡圖像:(b) 注入電流前,(c) 注入電流後; (d) 電子顯微鏡圖像。

這項研究的亮點在於將超穎介面直接整合於光子晶體面射型雷射,形成僅有三根頭髮寬的單晶片裝置,能作為光通訊傳輸器使用。超穎介面提供了對雷射光束輪廓與偏振的精確控制,這對於自由空間光通訊系統的信號完整性至關重要。相較於傳統方法需要多個組件或複雜的組裝流程,這種單晶片整合技術具有簡化製造過程、降低成本、提高可擴展性的特性。

這個僅有三根頭髮寬的單晶片裝置展現出卓越的性能優勢,使其在多項關鍵指標上領先業界。其壁插效率(Wall-Plug Efficiency, WPE)顯著提升,表示其能源利用率更高,且具有更低閾值電流,能有效減少啟動功耗。同時,在不同溫度條件下仍能保持穩定的光譜純度,無額外波長信號干擾。這些特性使其成為資料中心、矽光子學、衛星通訊及無線光學網路等應用的理想選擇。

圖說,單晶片光通訊傳輸器的通訊性能分析。頻率響應測量結果顯示於 (a) -1階通道和 (b) +1階通道;(c) 傳輸器在260mA 電流下的頻率響應;眼圖傳輸結果顯示於 (d–f) -1階通道和 (g–i) +1階通道,通道的資料傳輸數據速率從左到右分別為 600 Mbit/s、1 Gbit/s 和 1.3 Gbit/s。

超小型設計與高效能適用於多種場景,包括為資料中心與矽光子學提供高速低功耗的光學數據傳輸、為衛星通訊實現長距離穩定的自由空間光通訊、為無線光學網路支持高頻寬數據傳輸,以及為AR、VR等行動與穿戴式裝置提供輕量化解決方案。此外,這個傳輸器具有偏振多工功特性,能進一步提升光通訊鏈路的數據傳輸容量,為滿足日益增長的高速數據需求提供關鍵解決方案。

註1:《Compact Polarization-Multiplexed Optical Transmitters Through the Monolithic Integration of Metasurface》論文詳情可參閱 https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5c00817

註2:《ACS Photonics》由美國化學學會(American Chemical Society, ACS)出版,是光子學與光學領域的頂尖期刊,影響力指數(Impact Factor)穩定保持在7以上,深受全球學術界與產業界重視。本次研究成果發表於《ACS Photonics》,凸顯其在光通訊與光電技術領域的突破性貢獻。

主題

Semiconductor

研究中心

半導體研究所