资讯月刊-5月 | 硅光技术篇

国外科学家研发出超快可调激光器

EPFL（洛桑联邦理工学院）和IBM的科学家们研制出了一种基于氮化硅( Si3N4)- 铌酸锂（LiNbO3）异质集成光学平台开发的超快可调谐激光器，相关研究论述发表在《Nature》杂志。该研究团队在EPFL制造了基于氮化硅的光的集成电路（“光子集成电路”），然后在IBM将其与铌酸锂晶圆粘合在一起。

相干光测距的实验装置图及测量目标场景的点云图

基于氮化硅的集成微腔的自注入锁定的二极管激光器具有很高的性能，然而并不具备高速片上可调谐的能力。之前尝试开发的基于铌酸锂薄膜的激光器并不具备窄线宽和高速调频的能力，极大地限制了该集成平台的应用范围。在该研究中，科学家开发出晶圆级铌酸锂-氮化硅异质集成光学平台的制备方法，利用基于高品质因数微腔的激光自注入锁定技术产生窄线宽、低噪声的激光，实现拍赫兹每秒(PHz/s)级的频率捷变，并用于相干光测距。

开发人员表示，新型激光器具有低频率噪音和快速波长调谐的特性，这两种特性都是用于光探测和测距(激光雷达)应用的激光器的优良品质。据悉，这一平台在展示频率敏捷、窄线宽的集成激光器方面的全部潜力还没有实现。除集成激光器之外，该平台还可用于微波和毫米波跟踪发生器、光子计算的交换网络、玻色子采样和集成收发器等多种应用。

a) 异质集成工艺示意图 b) 异质集成波导横截面
c) 激光自注入锁定系统示意图 d) 测试装置照片

宾大研发新型光子芯片

光工作：光子电路

近日，宾夕法尼亚大学的研究人员开发了一种新型光子芯片，其在不使用光刻技术的情况下保持了片上可编程，将有可能提高人工智能应用的速度和灵活性。相关研究成果发表在《Nature》上。

该研究取决于利用材料折射率的“假象”衰减组分，在没有预定特征的III-V族半导体材料的无图案区域上创建光学增益的空间图案，而普通光刻方法则依赖于调控相同折射率属性的“真实”常规维度。

研究团队发表“外腔窄线宽激光器研究进展”

华中光电技术研究所微集成窄线宽激光器

近期，华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心的研究团队以“外腔窄线宽半导体激光器研究进展”为主题进行了综述研究，重点介绍了四类外腔型窄线宽半导体激光器(闪耀光栅型、体全息光栅型、反射式体布拉格光栅型、光学腔型和平面波导型）的基本结构、关键技术、性能特点以及国际发展现状。相关研究内容发表在《光学与光电技术》期刊。

华中光电技术研究所在该领域也研制了14pin蝶形金属封装体光栅扩展外腔微集成窄线宽半导体激光器。测试激光线宽小于70kHz，无跳模调谐范围10GHz，功率大于180mW，边模抑制比大于60dB，器件体积30mm×12.7mm×7.6mm，该器件具有优异的波长和功率稳定性，且体积小、功耗低、环境适应性优良，其多项指标优于德国Sacher公司窄线宽半导体激光器产品。

NASA将利用激光从月球传输高分辨率影像

各卫星、国际空间站和地面站协同工作、传输数据

据悉，NASA最近将激光通信纳入了猎户座“阿耳忒弥斯2号”（Artemis 2）载人绕月飞船。在猎户座太空舱上，利用O2O激光通信系统，从月球回传高清图像和视频，让我们能够实时看到月球的真实面貌。激光通信不仅可以实现更多、更快的数据传输，还能够提高信息的安全性，并节省太空飞行器的重量和功耗。

据悉NASA正在准备集成低地球轨道（LEO）调制解调器和放大器终端（ILLUMA-T），预计今年晚些时候发射到国际空间站（ISS）。一旦投入运行，ILLUMA-T 将通过 NASA 首个端到端激光中继通信系统中的 LCRD 将数据中继回地球。

SkyWater将生产硅光芯片，用于光量子计算机

5月2日，美国晶圆厂SkyWater Technology宣布已与PsiQuantum扩大了开发协议，计划为后者生产将成为未来量子计算系统一部分的硅光子芯片。PsiQuantum成立于2015年，是一家使用硅光量子芯片技术提供商业可行和可容错的通用量子计算机的公司，这种计算机利用硅光子学可扩展到超过100万个量子比特。2021年，PsiQuantum与GlobalFoundries（格芯）合作生产光量子芯片，这是光量子计算领域芯片制造的关键里程碑。

韩国大学合作研发混合集成高性能OPA器件

近日，首尔光云大学、国立釜山大学合作研制出混合集成OPA。相关论述发表在《IEEE Photonics Journal》上。OPA（光学相控阵）在自由空间光通信、光检测和测距(LIDAR)、图像投影和光学存储等方面有巨大应用潜力。由于硅基OPA器件无法承受较高功率的光，SiN基OPA热光系数较低，功耗较高，研究人员为此特制造出了混合集成OPA器件。

波束发射器的原理图配置

（由混合OPA与透镜模块相结合，实现灵活fov的高效线波束扫描）

该OPA器件由SiN功率分配器、SiN光束线光束发射器、聚合物相位调制器阵列组成。利用了基于锥形波导阵列的SiN线光束发射器，可促进高效线光束扫描，在1550 nm波长下具有灵活的垂直视场(fov)。通过驱动一组混合集成热光学聚合物，相位调制器对线光束进行水平扫描。垂直视场可以通过改变锥的尖端宽度和发射光束的角散度来灵活调整，从而实现垂直偏转方向14°~47°间的变化；增加后端镜头模组后，OPA的水平和垂直视场都得到了扩大。这种OPA器件无需衍射光栅，可灵活调整垂直视场，且功耗较低，有望在先进激光雷达系统等快速波束扫描设备中发挥不可或缺的作用。

第五届中国硅光产业论坛在武汉举行

5月17日，由国家信息光电子创新中心主办，讯石信息咨询承办的第五届中国硅光产业论坛在武汉光谷圆满举行。

中国信通院技术与标准研究所副所长赵文玉发表《算力时代硅光典型应用探讨》，对于硅光未来的应用发展，在通信应用方面，基于硅光的可插拔产品会在数通100G中短距、400G及以上短距保持一定优势。而CPO技术崛起，硅光样机叠出，未来将会形成竞争共存。硅光I/O可为计算提供高性能接口，已得初步应用。硅光计算是使后摩尔时代计算技术突破传统微电子计算极限的实际可行方案，产业整体处于起步阶段，预计将先在部分专用市场中形成产品竞争力。

中科院微电子所研究员李志华发表《SiN-Ge-SOI硅光集成工艺开发》报告，中科院微电子所（IMECAS）基于8英寸CMOS工艺线开发了成套硅光技术，包括硅光流片工艺库和基础器件库，制定了硅光器件和芯片的设计规则和工艺规范，形成了硅光PDK。截止到2023年4月，微电子所硅光子平台已为280个客户提供了22批次MPW流片服务和70次定制化流片服务。

新易盛1.6T光模块处于客户送样测试阶段

5月11日，新易盛举办了 2022 年度业绩说明会。会上透露，2022 年产能达786 万只，产量 752 万只。受益于数据中心市场景气度持续提升，高速率光模块产品占比保持持续提升的趋势，800G 相关光模块产品已实现批量出货。新易盛抓住良好的市场发展机遇，新产品研发及市场开拓工作持续取得进展，而在今年4月完成收购的境外子公司 Alpine也将为其在硅光模块、相干光模块以及硅光子芯片技术方向提供技术支持和供应链的可靠保证。

新易盛光模块（1.6T）

发言人指出，新易盛已在硅光、相干、LPO 等新技术领域深度布局，力争在新产品和新技术的市场竞争中占得先机。在今年 3 月的 OFC 2023 期间，新易盛推出了多款相关产品。800G光模块包括基于薄膜铌酸锂(TFLN)调制器的 800G OSFP DR8 模块，搭配集成 TIA 的 5 纳米 DSP 芯片，功耗仅为 11.2W。同期还推出了相关 1.6T 光模块产品，目前正在积极推进客户送样测试工作。

ANELLO Photonics推出惯性导航系统

近日，硅光子光学陀螺仪SiPhOG™开发商ANELLO Photonics（以下简称“ANELLO”）宣布推出基于全球最小光学陀螺仪的惯性导航系统ANELLO GNSS INS。据介绍，该系统的特别优势在于，可实现在GPS拒止环境里长达30分钟的连续精确的航位推算。

由于设计时考虑到了安全性、可靠性和易用性，ANELLO GNSS INS在具有挑战性的GPS拒止环境下可实现无缝导航和定位，使ANELLO的光学陀螺仪技术能够支持建筑、农业、卡车运输、机器人、无人机、自动驾驶汽车和国家安全领域等多种应用。

LC预测2028年光模块将占市场44%

LightCounting(LC)发布了第九版硅光市场报告，更新了线性驱动可插拔和共封装光学器件的市场预测。已有不少业内人士预测，硅光(SiP)将实现低成本、批量生产的光学连接，从根本上改变光器件和模块行业。如图所示，硅光是目前全球光收发器市场的主流技术之一。

LC预计，基于SiP的光收发器的市场份额将从2022年的24%上升到2028年的44%。基于其他薄膜材料的调制器可以在硅片上制造，并使用SiP作为集成平台与各种光学元件和电子IC相结合。这些材料目前包括薄膜铌酸锂(TFLN)、钛酸钡(BTO)和电光聚合物，LC在图中将其合并为“TFLN和其他”类别。

硅光调制器目前是线性驱动设计的最佳选择。可以肯定的是，除VCSEL外，所有LPO/CPO器件都将基于硅光平台。所有新材料(TFLN、BTO和聚合物)都将使用硅光平台与其他光学元件和电子器件集成。未来5年甚至更长时间内，传统的可重定时可插拔产品将继续主导市场。然而，LPO/CPO端口将占2026-2028年部署的800G和1.6T端口总数的30%以上。

Ayar Labs获C1轮融资，英伟达追投

5月25日，美国硅光子学技术开发商Ayar Labs宣布获得2500万美元的C1轮新融资，本轮是继去年其完成1.3亿美元C轮融资之后的新一轮融资，由新投资者Capital TEN领投，主要合作伙伴英伟达（Nvidia）也追加了对该公司的投资。英伟达网络业务部门业务开发副总裁Craig Thompson补充称：“英伟达正在通过集成硬件、软件和网络来重新构想数据中心，以加速计算。而当下，拥有数万亿参数的生成式人工智能模型正在加速对该平台的需求，这就是我们增加对Ayar Labs投资的原因。”

除了英伟达，Ayar Labs的主要合作伙伴还包括英特尔和惠普企业（HPE），其现有投资者包括英特尔资本（Intel Capital）和惠普探路者（Hewlett Packard Pathfinder）。另外，其硅光子片由GlobalFoundries制造。

荷兰开发超高效超连续光谱白光激光器芯片

据报道，荷兰特温特大学的研究人员在超高效芯片上产生超连续光谱方面取得了重大突破，他们成功开发出了超高效超连续光谱白光激光器芯片。这一发现代表了“集成光子学领域向前迈出的一大步”，并且能够应用于便携式医疗成像设备、化学传感和激光雷达，相关成果已发表于《Advanced Photonics Research》杂志上。

用于超连续光谱产生的符号交替色散氮化硅波导

超连续谱激光器能够产生连续的彩色光谱，因此可以呈现白色，常用于3D成像设备中。研究人员使用了所谓的符号交替色散波导，波导被设计成通过交替地加宽和缩小光束来控制光的色散，与传统方法相比，这种方法将所需的脉冲能量减少了约一千倍。对于500~1000 nm量级的带宽产生，集成超连续谱产生的输入能量需求大幅降低了几个数量级。通过CMOS兼容的氮化硅波导中的符号交替色散，效率提高了2800倍。

华师大实现高帧频中红外单光子上转换光谱仪

据麦姆斯咨询报道，华东师大曾和平教授与黄坤研究员课题组在中红外高速光谱探测方面取得重要进展，发展了宽波段、超灵敏、高帧频的中红外上转换光谱测量技术，其具有逼近量子极限的单光子探测灵敏度和近百万帧每秒的光谱刷新率，可为燃烧场分析、高通量分选和化学反应跟踪等应用所需的高速灵敏红外光谱测量提供支撑。相关成果发表在2023年5月9日的《Laser & Photonics Reviews》上。研究团队构建了具有单光子探测灵敏度和亚兆赫兹刷新率的宽带中红外上转换光谱仪。