光電邏輯門 （OELG） 是下一代邏輯電路的重要組成部分，在光探測和測距、機器視覺以及實時視頻分析方面具有潛在應用前景。在電信波段（紅外波段）下工作的片上光電邏輯門非常需要與硅基光電子器件相集成，提供更多應用場景。然而，目前操作受限于在紫外波段或可見光波段的線性邏輯功能，并且稀缺用于多種邏輯功能的高性能光電邏輯門。
據麥姆斯咨詢報道，近日，中國科學院上海技術物理研究所紅外科學與技術重點實驗室（紅外物理國家重點實驗室）胡偉達團隊聯合國科大杭州高等研究院和浙江大學團隊在片上紅外光電邏輯門智能芯片研究方面取得了重要進展。
圖1 片上紅外光電邏輯門智能芯片及其應用演示圖
該研究成果以“On-chip optoelectronic logic gates operating in the telecom band”為題，發表在Nature Photonics期刊。
研究人員在硅基光電芯片上設計了多波導紅外光信號傳輸結構（如圖2），通過操控范德華紅外探測單元的光電開關特性，在短波紅外通訊波段實現了多種二位布爾邏輯門以及組合邏輯功能。
圖2 集成于硅光子芯片上的Au/黑鱗（BP）/Au器件
基于聯合局域場調控的設計思路，讓單個原型器件獲得了多個單元級聯的效果，大幅提升了紅外光電邏輯智能芯片的集成度，制備的范德華異質結原型芯片具備高帶寬多通道紅外光信號處理能力。
圖3 電信波段XOR操作光電邏輯門的設計原理
圖4 電信波段OR/AND/混合操作光電邏輯門的設計原理
進一步，研究人員驗證了片上紅外光電邏輯門智能芯片在圖像處理和通信領域的潛在應用，演示了其在目標邊緣提取、符號識別、紅外圖像融合以及加密解密等場景下的應用效果（如圖5）。該工作有望推進下一代新型光電邏輯計算智能芯片的發展。?
圖5 基于光電邏輯門的成像和圖像處理演示
這項研究獲得了中國科學院、國家自然科學基金委、上海市科委等基金的資助和支持。
https://doi.org/10.1038/s41566-023-01309-7
