据“蠡园之声”介绍，国内首条光子芯片中试线将在本月底进入设备调试冲刺阶段。

今年1月，上海交通大学无锡光子芯片研究院迎来光子芯片中试线首批设备入场。本次揭幕的设备是薄膜铌酸锂光子芯片中试线的关键组成部分，主要用于光刻、干法刻蚀、薄膜沉积、湿法清洗以及切割工艺的研发，可部分满足6/8英寸晶圆薄膜铌酸锂光子芯片制造中光刻、刻蚀、沉积、清洗和切割需求。

据无锡滨湖区政府网站介绍， 上海交通大学无锡光子芯片研究院于2021年12月在无锡市与上海交通大学深化全面合作的框架下正式成立，由滨湖区人民政府、上海交通大学、蠡园经济开发区三方共同建设，项目总投资约2.5亿元。

据悉，首条光子芯片中试线以高端光子芯片的研发为核心，聚焦新一代信息技术和产业化应用，旨在推动量子计算机、通用光子处理器、三维光互连芯片和高精密飞秒激光直写机等变革性技术落地转化，加速打造以光子芯片底层技术为驱动，面向量子计算、人工智能、光通信、光互连、激光雷达、成像与显示、智能传感的新一代光子科技产业集群。

光子芯片中试线运行后，可在药物发现、电池设计、流体动力学、干线物流优化、安防和加密等多个领域发挥颠覆性作用。


什么是光子芯片？

光子芯片，这一被誉为未来信息技术领域的颠覆性技术，同志们记住重点“颠覆性技术”！光子芯片是一种基于光子学的集成电路，将光子器件集成在芯片上，实现了光电子集成。近日在我国科学家手中取得了重大突破。这一成果的诞生，不仅标志着我国在光子芯片研究领域迈出了关键一步，更为全球光子芯片的发展打开了新的篇章。妥妥未来的“国之重器！

光子芯片的重要性不言而喻。相较于传统的电子芯片，光子芯片具有更高的传输速度、更低的功耗和更小的体积，被认为是下一代计算机、通信和人工智能领域的核心技术。随着全球信息技术的快速发展，光子芯片的出现将极大地推动整个科技产业的进步。

得益于光子芯片的“颠覆性“，我们有理由相信后续它们将被广泛应用于工业计算机、全链路通信、人工智能大数据、量子计算等众多前沿领域，推动我国信息技术产业的快速发展。我们也有理由相信政府会对光子芯片研究给予了高度重视，通过系列政策扶持，一定为会把光子芯片链路产业的发展壮大，这是大势所趋，谁也阻挡不了，漂亮国更无法制裁我们了。


我国科学家找到量产光子芯片的方法

光子芯片是未来信息产业的重要基础，业界一直在寻找可规模制造光子芯片的优势材料。中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员欧欣领衔的团队在该领域取得突破性进展，他们开发出钽酸锂异质集成晶圆，并成功用其制作高性能光子芯片。该成果5月8日发表于国际学术期刊《自然》。

欧欣介绍，不同于电子芯片以电流为信息载体，光子芯片以光波为信息载体，能实现低功耗、高带宽、低时延的效果。不过，现阶段的光子芯片受限于材料和技术，面临效率较低、功能单一、成本较高等挑战。

类似于电子芯片将电路刻在硅晶圆上，团队将光子芯片的光波导刻在钽酸锂异质集成晶圆上。该集成晶圆是由“硅-二氧化硅-钽酸锂”组成的“三明治”结构，其关键在于最上层薄约600纳米的高质量单晶钽酸锂薄膜及该薄膜与二氧化硅形成的界面质量。

成功制作该薄膜得益于团队的“绝活”——“万能离子刀”异质集成技术。“我们在钽酸锂材料表面下约600纳米的位置注入离子，就像埋入了一批精准的‘炸弹’，可以‘削’下一层纳米厚度的单晶薄膜。”团队研究人员、文章第一作者王成立说，这样制备出的钽酸锂薄膜与硅衬底结合起来，就形成了钽酸锂异质集成晶圆。

钽酸锂薄膜有优异的电光转换特性，可规模化制造，应用价值极高。“相较于被广泛看好的潜在光子芯片材料铌酸锂，钽酸锂薄膜制备效率更高、难度更低、成本更低，同时具有强电光调制、弱双折射、更宽的透明窗口、更强的抗光折变等特性，极大扩展了光学设计自由度。”欧欣说。

欧欣团队与瑞士洛桑联邦理工学院托比亚斯·基彭贝格(Tobias Kippenberg)团队进一步开发了超低损耗钽酸锂光子芯片微纳加工方法。同时，基于钽酸锂光子芯片，团队首次在X切型电光平台中成功产生了孤子光学频率梳，结合其电光可调谐性质，有望在激光雷达、精密测量等方面实现应用。


未来应用前景巨大

在面向“后摩尔时代”的潜在颠覆性技术里，光子芯片已进入人们的视野。其所具有的高速度、低能耗、工艺技术相对成熟等优势，能够有效突破传统集成电路物理极限上的瓶颈，满足新一轮科技革命中人工智能、物联网、云计算等产业对信息获取、传输、计算、存储、显示的技术需求。

目前，全球光子芯片产业刚刚起步，作为独立于电子集成技术的新集成技术，其技术壁垒还没有形成，这为我国光子芯片提供了足够的研发时间与市场空间，也为我国信息产业发展提供了巨大的机会。

2023年11月发布的《光子时代：光子产业发展白皮书》显示，我国光子产业发展水平与世界处于并跑阶段，在光子基础理论研究和技术发展方面具有一定的优势，中国拥有世界规模最大的从业人数，光子产业在2012—2020年的复合增长率已经接近23%，光子产品全球份额也从2005年的10%提升到2019年的30%。

据Gartner预测，到2025年全球光子芯片市场规模有望达561亿美元。华为战略研究院认为，光子产业发展前景巨大，光子核心组件市场价值不低于3200亿美元（约合人民币超2万亿元），未来还将撬动产业创造2.6万亿美元（约合人民币超16万亿元）产值。


光通信产业大有可为

从长远视角出发，硅光芯片集成高速光引擎的发展趋势具有强大的确定性。

硅光技术是以硅和硅基衬底材料为基础，通过CMOS工艺进行新一代光器件开发和集成的前沿技术。其核心思想“以光代电”主张利用激光束替代传统的电子信号进行数据传输，为信息技术领域带来了革命性的创新。

在硅光芯片中，有源器件主要包括激光器、调制器和光电探测器，而无源器件则涵盖平面波导、光栅和边缘耦合器等。这些元器件共同组成了光发射/接收芯片，为列阵化应用提供了基础。最终，通过光子集成技术（PIC），可以实现硅光芯片的制造。

华工科技积极推进硅光技术应用，现已具备从硅光芯片到硅光模块的全自研设计能力，800G 硅光模块已正式面市。源杰科技50G 、100G 高速率激光器芯片产品以及硅光直流光源大功率激光器芯片产品向商用推进，目标在高端激光器芯片产品的特性及可靠性方面对美、日垄断企业的全面对标。立讯精密800G硅光模块已在多家客户完成测试，小批量交付正在准备中。

在光通信系统中，光子芯片扮演着信息传输、处理和控制的关键角色，直接影响着整个光通信系统的性能和效率。

光子芯片在光通信系统中还具有高可靠性和稳定性的特点。由于光信号在传输过程中不受电磁干扰的影响，因此光子芯片可以实现更可靠的信息传输。此外，光子芯片采用光学原理进行信号处理和控制，具有较长的使用寿命和较低的故障率，提高了整个光通信系统的稳定性和可靠性。

光子芯片作为光通信的核心部件，其高速传输、低能耗、大带宽和高可靠性等特点使得光通信系统在通信网络中占据重要地位，随着当前新一轮AI浪潮爆发，光子芯片的应用前景将更加广阔。