英国南开普敦大学Reed研讨组最近在arXiv贴出了一篇硅光的研讨发展 arXiv 1807.01656, “Towards an optical FPGA – Programmable silicon photonic circuits“。依据锗离子注入的硅波导工艺和激光退火工艺，他们完成了可擦除的定向耦合器，从而完成了可编程的硅基集成光路，也便是所谓的光学FPGA。
集成电路中的FPGA(field programmable gate array), 即现场可编程门阵列。FPGA内部是一些根本逻辑单元，工程师可依据需求，将这些逻辑单元按特定的办法连接起来(烧录)。FPGA的功用可依据规划者的需求而改动。其规划周期短，开发费用低，危险较小。
光学FPGA的起点是相似的，期望构建一些根本的逻辑单元阵列，用户可依据本身需求界说其功用。光芯片的根本单元是定向耦合器(direcTIonal coupler， 以下简称DC)。因此怎样完成DC分光比的动态可调理，是需求处理的关键问题。典型的做法是以两个3dB的DC构成一个Mach-Zehnder干涉仪，在干涉仪的一条臂上通过热效应调理相位，从而到达分光比的动态调理，如下图所示。该办法需求额定的功率输出，当DC的数目增大时，功耗也相应增大。别的该办法中单个逻辑单元需求两个DC, 浪费了较多的芯片面积，增大了产品本钱。
Reed研讨组选用Ge离子注入的办法制备波导，该波导可通过激光退火的办法擦除。其制备艺与可擦除的光栅耦合器(硅光芯片的晶圆级测验)相似。Ge离子注入后，硅的晶格产生位移，引起波导有用折射率的改动。Ge离子注入后的波导，结构示意图如下图所示，Ge离子的注入深度约140nm。
凭借于Ge离子注入波导，研讨人员提出了两种分光比可调的定向耦合器结构，如下图所示。
左图是正常DC中的一根波导由注入波导替代，右图是在两根一般波导中心刺进一根注入波导，凭借其完成光场的耦合。赤色区域为注入波导，其耦合区域的长度能够通过激光退火的办法进行改动，从而到达对分光比的调理，如下图所示。激光束在注入波导区域来回扫描，可逐渐减小注入波导的长度，从而导致drop端口的能量减小。
以此DC为根底，研讨人员进一步演示了1×4和2×2的光开光，如下图所示，
其间1×4的光开关由三个DC构成，2×2的光开光由四个DC构成。这些DC的分光比都是可调理的，通过改动分光比，光场能够从不同端口输出，对应不同的逻辑门操作。
研讨人员进一步提出了一个较杂乱的集成光路结构，通过DC分光比的改动，该光路可别离完成PSM4, WDM4和QAM的发送光路，如下图所示，
开始的光路如图a所示，改动MUX前端的DC分光比，使得光场不通过MUX，直接到输出端，对应为PSM4；光场通过MUX, 再传输到单个GC输出端，对应为WDM4; 选取两组MOD, 操控好它们间的相对相位为pi/2，就能够完成QAM编码。该光路规划十分奇妙，fab只需提供给用户相似图a的光芯片，然后用户再依据本身需求，自界说逻辑功用，也便是完成所谓的光学FPGA。因为出厂芯片里的光路共同，不需求额定定制，光芯片的本钱也相应地下降。
整体说来，该发展的规划十分奇妙，凭借于可擦除DC，完成了可编程的集成光路。这也许是未来集成光路的一个要点发展方向。可是现在来看，该计划的损耗还比较大，一般波导和注入波导的转化损耗挨近1dB, 其传输损耗也大于一般硅波导的传输损耗。当多个DC组成逻辑阵列时，这么大的损耗显然会影响其进一步的使用与推行。燃眉之急是进一步改善工艺，完成较低的损耗，从而完成较杂乱的逻辑阵列。
