我國光子芯片即將進入中試階段，量產難題正在被逐個擊破
據“蠡園之聲”介紹，國內首條光子芯片中試線將在本月底進入設備調試沖刺階段。
今年1月，上海交通大學無錫光子芯片研究院迎來光子芯片中試線首批設備入場。本次揭幕的設備是薄膜鈮酸鋰光子芯片中試線的關鍵組成部分，主要用于光刻、干法刻蝕、薄膜沉積、濕法清洗以及切割工藝的研發，可部分滿足6/8英寸晶圓薄膜鈮酸鋰光子芯片制造中光刻、刻蝕、沉積、清洗和切割需求。
據無錫濱湖區政府網站介紹， 上海交通大學無錫光子芯片研究院于2021年12月在無錫市與上海交通大學深化全面合作的框架下正式成立，由濱湖區人民政府、上海交通大學、蠡園經濟開發區三方共同建設，項目總投資約2.5億元。
據悉，首條光子芯片中試線以高端光子芯片的研發為核心，聚焦新一代信息技術和產業化應用，旨在推動量子計算機、通用光子處理器、三維光互連芯片和高精密飛秒激光直寫機等變革性技術落地轉化，加速打造以光子芯片底層技術為驅動，面向量子計算、人工智能、光通信、光互連、激光雷達、成像與顯示、智能傳感的新一代光子科技產業集群。
光子芯片中試線運行后，可在藥物發現、電池設計、流體動力學、干線物流優化、安防和加密等多個領域發揮顛覆性作用。
什么是光子芯片？
光子芯片，這一被譽為未來信息技術領域的顛覆性技術，同志們記住重點“顛覆性技術”！光子芯片是一種基于光子學的集成電路，將光子器件集成在芯片上，實現了光電子集成。近日在我國科學家手中取得了重大突破。這一成果的誕生，不僅標志著我國在光子芯片研究領域邁出了關鍵一步，更為全球光子芯片的發展打開了新的篇章。妥妥未來的“國之重器！
光子芯片的重要性不言而喻。相較于傳統的電子芯片，光子芯片具有更高的傳輸速度、更低的功耗和更小的體積，被認為是下一代計算機、通信和人工智能領域的核心技術。隨著全球信息技術的快速發展，光子芯片的出現將極大地推動整個科技產業的進步。
得益于光子芯片的“顛覆性“，我們有理由相信后續它們將被廣泛應用于工業計算機、全鏈路通信、人工智能大數據、量子計算等眾多前沿領域，推動我國信息技術產業的快速發展。我們也有理由相信政府會對光子芯片研究給予了高度重視，通過系列政策扶持，一定為會把光子芯片鏈路產業的發展壯大，這是大勢所趨，誰也阻擋不了，漂亮國更無法制裁我們了。
我國科學家找到量產光子芯片的方法
光子芯片是未來信息產業的重要基礎，業界一直在尋找可規模制造光子芯片的優勢材料。中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員歐欣領銜的團隊在該領域取得突破性進展，他們開發出鉭酸鋰異質集成晶圓，并成功用其制作高性能光子芯片。該成果5月8日發表于國際學術期刊《自然》。
歐欣介紹，不同于電子芯片以電流為信息載體，光子芯片以光波為信息載體，能實現低功耗、高帶寬、低時延的效果。不過，現階段的光子芯片受限于材料和技術，面臨效率較低、功能單一、成本較高等挑戰。
類似于電子芯片將電路刻在硅晶圓上，團隊將光子芯片的光波導刻在鉭酸鋰異質集成晶圓上。該集成晶圓是由“硅-二氧化硅-鉭酸鋰”組成的“三明治”結構，其關鍵在于最上層薄約600納米的高質量單晶鉭酸鋰薄膜及該薄膜與二氧化硅形成的界面質量。
成功制作該薄膜得益于團隊的“絕活”——“萬能離子刀”異質集成技術。“我們在鉭酸鋰材料表面下約600納米的位置注入離子，就像埋入了一批精準的‘炸彈’，可以‘削’下一層納米厚度的單晶薄膜。”團隊研究人員、文章第一作者王成立說，這樣制備出的鉭酸鋰薄膜與硅襯底結合起來，就形成了鉭酸鋰異質集成晶圓。
鉭酸鋰薄膜有優異的電光轉換特性，可規模化制造，應用價值極高。“相較于被廣泛看好的潛在光子芯片材料鈮酸鋰，鉭酸鋰薄膜制備效率更高、難度更低、成本更低，同時具有強電光調制、弱雙折射、更寬的透明窗口、更強的抗光折變等特性，極大擴展了光學設計自由度。”歐欣說。
歐欣團隊與瑞士洛桑聯邦理工學院托比亞斯·基彭貝格(Tobias Kippenberg)團隊進一步開發了超低損耗鉭酸鋰光子芯片微納加工方法。同時，基于鉭酸鋰光子芯片，團隊首次在X切型電光平臺中成功產生了孤子光學頻率梳，結合其電光可調諧性質，有望在激光雷達、精密測量等方面實現應用。
未來應用前景巨大
在面向“后摩爾時代”的潛在顛覆性技術里，光子芯片已進入人們的視野。其所具有的高速度、低能耗、工藝技術相對成熟等優勢，能夠有效突破傳統集成電路物理極限上的瓶頸，滿足新一輪科技革命中人工智能、物聯網、云計算等產業對信息獲取、傳輸、計算、存儲、顯示的技術需求。
目前，全球光子芯片產業剛剛起步，作為獨立于電子集成技術的新集成技術，其技術壁壘還沒有形成，這為我國光子芯片提供了足夠的研發時間與市場空間，也為我國信息產業發展提供了巨大的機會。
2023年11月發布的《光子時代：光子產業發展白皮書》顯示，我國光子產業發展水平與世界處于并跑階段，在光子基礎理論研究和技術發展方面具有一定的優勢，中國擁有世界規模最大的從業人數，光子產業在2012—2020年的復合增長率已經接近23%，光子產品全球份額也從2005年的10%提升到2019年的30%。
據Gartner預測，到2025年全球光子芯片市場規模有望達561億美元。華為戰略研究院認為，光子產業發展前景巨大，光子核心組件市場價值不低于3200億美元（約合人民幣超2萬億元），未來還將撬動產業創造2.6萬億美元（約合人民幣超16萬億元）產值。
光通信產業大有可為
從長遠視角出發，硅光芯片集成高速光引擎的發展趨勢具有強大的確定性。
硅光技術是以硅和硅基襯底材料為基礎，通過CMOS工藝進行新一代光器件開發和集成的前沿技術。其核心思想“以光代電”主張利用激光束替代傳統的電子信號進行數據傳輸，為信息技術領域帶來了革命性的創新。
在硅光芯片中，有源器件主要包括激光器、調制器和光電探測器，而無源器件則涵蓋平面波導、光柵和邊緣耦合器等。這些元器件共同組成了光發射/接收芯片，為列陣化應用提供了基礎。最終，通過光子集成技術（PIC），可以實現硅光芯片的制造。
華工科技積極推進硅光技術應用，現已具備從硅光芯片到硅光模塊的全自研設計能力，800G 硅光模塊已正式面市。源杰科技50G 、100G 高速率激光器芯片產品以及硅光直流光源大功率激光器芯片產品向商用推進，目標在高端激光器芯片產品的特性及可靠性方面對美、日壟斷企業的全面對標。立訊精密800G硅光模塊已在多家客戶完成測試，小批量交付正在準備中。
在光通信系統中，光子芯片扮演著信息傳輸、處理和控制的關鍵角色，直接影響著整個光通信系統的性能和效率。
光子芯片在光通信系統中還具有高可靠性和穩定性的特點。由于光信號在傳輸過程中不受電磁干擾的影響，因此光子芯片可以實現更可靠的信息傳輸。此外，光子芯片采用光學原理進行信號處理和控制，具有較長的使用壽命和較低的故障率，提高了整個光通信系統的穩定性和可靠性。
光子芯片作為光通信的核心部件，其高速傳輸、低能耗、大帶寬和高可靠性等特點使得光通信系統在通信網絡中占據重要地位，隨著當前新一輪AI浪潮爆發，光子芯片的應用前景將更加廣闊。
