近日，华中科技大学张敏明教授、郑爽副教授研究团队联合西班牙瓦伦西亚理工大学José Capmany教授，提出了一种波分复用赋能的多核并行可编程光子处理器（Optical Field-Programmable Photonic Arrays，OFPPA）。该工作首次将波长维度引入二维可编程光网络架构，大幅提升了可编程光子处理器的功能密度和计算能力。相关研究成果以“WDM-enabled multi-core parallel programmable photonic signal processor”为题发表在Nature Communications期刊。研究生杨子航与李云龙为论文共同第一作者，张敏明、郑爽、沈力和José Capmany教授为论文共同通讯作者，华中科技大学为第一完成单位。这项研究工作也得到了硅基光子学专家比利时根特大学Wim Bogaerts教授的指导与支持。
在人工智能、大规模数据中心和高速光通信等领域，传统电子处理器正面临时钟速度、热耗散和带宽等物理极限。可编程光子处理器利用光子的高速低时延特性，成为潜在关键解决方案。类比电学现场可编程门阵列（FPGA），可编程光子处理阵列（Optical Field-Programmable Photonic Arrays，OFPPA）可在同一套光子硬件上动态重构实现多样化光信号处理功能，大幅降低专用光子集成芯片的开发周期与流片成本。近年来，国内外团队致力于开发更大规模可编程阵列芯片，支持更强大的光信号处理，如光计算、光交换、光路由、WDM滤波等。然而，现有芯片方案普遍基于可调MZI的可编程光网格架构，所有波长通道共享相同的网络配置，难以实现波长维度的独立配置，极大限制了光芯片并行处理能力。
针对上述挑战，研究团队提出了利用MRR-MZI复合结构作为基本单元，通过在MZI两臂集成过耦合热光可调微环谐振器，在六边形二维可重构网络架构中实现了空间维度与波长维度的协同复用，波长维度的引入使同一物理芯片在不同波长下可同时构建不同的光子网络，显著提升了芯片并行处理能力。实验测得自由光谱范围提升至8 nm（1 THz），调谐功耗降至4.3 mW/π，比传统MZI单元近一个数量级的提升,芯片功能密度达169.6/mm²。
研究团队通过三类典型应用验证了该架构的通用性：配置为可调谐带阻滤波器实现30 dB以上消光比；在同一物理网格上对两个不同波长同时执行完全不同的矩阵运算；构建双波束可调谐光延迟网络实现微波光子双波束形成。相关实验结果充分展示了该芯片架构的多功能并行处理能力，为片上可编程光处理系统在光通信、光子计算和雷达信号处理等领域的应用提供了新的重要路线。
据悉，张敏明、郑爽团队长期致力于算力互连光电融合芯片、硅基异质集成技术、芯片智能化设计等方向的研究，承担了系列国家重点重大项目和课题，在Nature Communications、Light: Science and Applications等高水平期刊及国际会议上发表了系列重要成果。
