查字网-字源字典字源网-汉字源流-字源字典-chaziwang.cn

研究人员将磷化铟的发光属性和硅的光路由能力整合到单一混合芯片中。当给磷化铟施加电压的时候，光进入硅片的波导，产生持续的激光束，这种激光束可驱动其他的硅光子器件。这种基于硅片的激光技术可使光子学更广泛地应用于计算机中，因为采用大规模硅基制造技术能够大幅度降低成本。 英特尔认为，尽管该技术离商品化仍有很长距离，但相信未来数十个、甚至数百个混合硅激光器会和其它硅光子学部件一起，被集成到单一硅基芯片上去。这是开始低成本大批量生产高集成度硅光子芯片的标志。

背景介绍

随着集成电路的不断发展，传统的电子集成电路在带宽与能耗等方面逐渐接近极限。随着电子电路集成度的不断提高，金属导线变得越来越细，导线之间的间距不断缩小，这一方面使得导线的电阻和其欧姆损耗不断增大，使得系统能耗不断增加；另一方面会造成金属导线间的电容增大，引起导线之间的串扰加大，进而影响芯片的高频性能。

电子集成芯片采用电流信号来作为信息的载体，而光子芯片则采用频率更高的光波来作为信息载体。相比于电子集成电路或电互联技术，光子集成电路与光互连展现出了更低的传输损耗 、更宽的传输带宽、更小的时间延迟、以及更强的抗电磁干扰能力。 此外，光互连还可以通过使用多种复用方式（例如波分复用WDM、模分互用MDM等）来提高传输媒质内的通信容量。 因此，建立在集成光路基础上的片上光互连被认为是一种极具潜力的技术用以克服电子传输所带来的瓶颈问题。

光子芯片定义

光子芯片采用光波（电磁波）来作为信息传输或数据运算的载体，一般依托于集成光学或硅基光电子学中介质光波导来传输导模光信号，将光信号和电信号的调制、传输、解调等集成在同一块衬底或芯片上。

光子芯片特点

早在1969年， 美国的贝尔实验室 （Bell Labs）就已经提出了集成光学的概念。近年来随着技术的发展，包括硅、氮化硅、磷化铟、III-V族化合物、铌酸锂、聚合物等多种材料体系已被用于研发单片集成或混合集成的光子芯片。

光子学与电子学的混合集成一直是提高光子芯片中光电子集成器件的速度和带宽的关键，可通过多种方法实现Tbps或更高的信息传输速率。美国英特尔公司于2006宣布，该公司与美国加州大学圣芭芭拉分校（UCSB）的研究人员已成功研发出了世界上首个采用标准硅工艺制造的电力混合硅激光器，这标志着用于未来计算机和数据中心的低成本、高带宽硅光子学设备产业化的障碍之一被解决。

美国加州大学伯克利分校（UC Berkeley）于2015年报道了利用光进行数据传输的第一个在硅基片上集成的光电子系统，利用光信号进行数据的搬运和传输。2018年，美国麻省理工学院（MIT）的研究团队也报道了将光波导、微环谐振腔光调制器等约850个光子器件和约7000万个个晶体管等电子器件集成在了同一个光电子系统中的工作。2021年，来自加拿大和美国的团队也报道了可编程的多光子量子芯片。

现阶段的光子集成电路仍然存在器件尺寸较大、效率较低、功能单一等挑战，其原因在于传统光波导在结构和材料等方面仍存在局限性。2016年，来自以色列的研究团队通过在波导内添加刻槽结构引入额外相位，补偿不同模式间的传输相位差，实现了集成化的模式转换器。2017年，美国哥伦比亚大学的学者利用集成了梯度超表面的超构波导实现了氮化硅波导的非对称传播。2020年，美国宾夕法尼亚州立大学的研究团队通过将超表面制作硅波导上，实现了具有平面外光束偏转和聚焦功能的片上集成光器件。同年，来自中国清华大学和美国麻省理工学院的研究团队利用超构波导平台，实现了多功能的集成化波导耦合器、波长与偏振解复用器、片上涡旋光束发射器等集成光器件设计。截至2021年，来自北京大学和清华大学的研究团队也分别综述了微纳结构集成光芯片的研究进展。华中科技大学和浙江大学的研究学者也报道了关于片上可重构模式转换器和集成化硅波导通信器件的研究。

光子芯片展望

高速数据处理和传输构成了现代计算系统的两大支柱，而光子芯片将信息和传输和计算提供一个重要的连接平台，可以大幅降低信息连接所需的成本、复杂性和功率损耗。随着硅基光电子学和半导体加工技术的不断发展，光子和电子混合集成的光电子芯片还可以进一步的提升器件性能并降低成本，以满足不断增长的高带宽互连的需要。

美国加州理工学院和英国南安普顿大学的工程师合作设计了一种与光子芯片（利用光传输数据）集成的电子芯片，创造了一种能以超高速传输信息同时产生最少热量的紧密结合的最终产品。