上海交大周林杰：突破高端光器件需長期研發與投入

本刊記者|刁興玲

上海交大周林杰：突破高端光器件需長期研發與投入

本刊記者|刁興玲

周林杰

目前國內光子集成技術還處于小規模實驗室研發階段，在大規模集成芯片開發和產業化應用方面與發達國家還存在較大差距。另外，在光電子芯片制作方面，國內也還沒有形成規模化，沒有一個能打通上下游實現集成芯片設計、制備和測試的成熟研發平臺。

隨著網絡升級壓力的增加和綠色減排呼聲的日益增強，運營商不僅需要以較低成本實現網絡升級，而且需要付出更少的能耗代價。光子集成技術可以大幅度提高光網絡系統可靠性，降低系統功耗，同時大大降低了系統成本，能滿足未來網絡帶寬需求，光子集成電路技術的逐漸成熟必將引起光信息技術領域的又一次革命。那么，光子集成技術有哪些集成方式？

另外，目前單純發展微電子技術、光子技術的弊端日益凸顯，微電子技術、光子技術的緊密結合、相互滲透，必將推進信息技術進入新的發展階段，那么，業界如何看待光電子集成技術的發展？

我國在高端光器件的發展一直落后于國際先進水平，如何突破高端光器件市場也需要盡快找到解決之策。針對這一系列問題，記者采訪了上海交通大學電子工程系光纖技術研究所的周林杰博士，為讀者答疑解惑。

光和電未來必會融合

《通信世界》光子集成技術是未來光器件的主流發展方向，近年來一直是業內關注和研究的焦點。光子集成技術有哪些集成方式？

周林杰：光子集成技術有不同的定義，廣義而言，把不同功能、材料、軟件、硬件、芯片、系統等整合在一起都可以叫做集成。從芯片集成角度來看，它可以是單片集成、混合集成、光電集成等。

單片集成是指在同一個芯片上實現某種功能和應用，比如在Si、SiO2、InP上制作不同的光子器件利用波導連接形成光子回路。

特定材料有本身的物理限制，只能實現某幾類功能，因此有時候需要結合其他材料進行混合集成才能彌補它的不足。特別是要實現比較復雜的功能時。例如，硅波導器件尺寸小，適合做高密度無源和可調器件的集成，但硅本身在1550nm光通訊波段無法進行高效探測和發光，因此光源和探測器等有源器件的制作需要引入如InP、Ge等其他材料加以完成，這也是硅基光電子學中一個比較熱門的研究方向。

集成技術還有另外一個重要趨勢是光電集成。

《通信世界》您如何看待光電集成技術的發展？

周林杰：微電子和光子器件研究傳統上在兩條路上發展：微電子專門研究以電子為載體的信號處理，包括邏輯運算和存儲等，這是微電子的強項；而光器件則研究以光為媒介的光信號產生、傳輸和接收等，在信息傳輸容量和速度方面，光信號具有電信號無可比擬的優勢。

光和電未來勢必將融合在一起，取長補短，既能發揮光的傳輸優勢，也能發揮電的處理優勢。一個光電集成的例子就是未來多核光互連芯片，多處理器并行運算大大提高了集成電路的性能，但同時處理器間的數據交換能力成為制約其性能進一步提升的瓶頸，采用光波導可以提供大容量、高速、低功耗互連，為解決這樣的瓶頸提供了一個可靠的技術途徑。

《通信世界》目前我國國內光子集成研究現狀如何?

周林杰：近幾年來通過各類國家項目的支持，國內光子集成取得了長足的進步，在多波長激光器陣列、光子收發、光交換和路由、光延遲和存儲、全光信號處理、多維度光傳輸等方面都取得了重要進展。

然而，這些光子集成還處于小規模實驗室研發階段，在大規模集成芯片開發和產業化應用方面與發達國家還存在較大差距。另外，在光電子芯片制作方面，國內也還沒有形成規模化，沒有一個能打通上下游實現集成芯片設計、制備和測試的成熟研發平臺。

光子集成發展并不是一朝一夕能完成的，需要長期研究積累、科研經費投入、軟硬件環境改善、團結合作協同創新等的支持。

突破高端光器件并非一朝一夕之功

《通信世界》近些年來，光電器件的專業化程度在不斷深化，目前，光器件的應用可大致分為哪些主要的領域？

周林杰：光電器件的應用主要在光通信、光互連、光子信息處理、光計算、微波信號處理、光傳感、量子通信、納米操控等多種領域。

《通信世界》據統計，我國的通信光電子器件產業規模已經占據全球份額的15%以上。但是，大多數器件都集中于中低端，在您看來，我國應如何突破高端光器件市場？

周林杰：高端光器件在技術含量方面比中低端器件更高，需要長期的研究積累和投入，才能引領世界領先的技術。

首先，亟需建立面向高端光器件和芯片的綜合研發平臺，該平臺由政府、企業、研究所和大學共同建立，集中國內各優勢單位，強強聯合、資源共享。政府和企業提供研發資助，研究院所和大學研發核心技術和培養科研勞動力，在現有資源及未來產出利益分配上形成統一的資源和利益一體化。

其次，亟需建立先進工藝平臺，為高端光器件研發提供硬件配套支持。高端光器件的研發離不開最先進的工藝設備，目前國內工藝設備比較分散，需要整合成完整的工藝鏈，統一管理，避免重復建設，發揮工藝設備效能的最大化。

最后，亟需加大高端器件方面的科研投入，掌握具有自主知識產權的器件設計和工藝技術，才能突破國外對高端器件和芯片的壟斷。

《通信世界》國內的光子器件與集成企業應如何把握轉型期？

周林杰：國內的光子器件與集成企業應該把握現在科研產業化的良好機遇，為產業升級做準備。

首先，應加強與高校和科研院所的密切聯系和合作。高校和科研院所進行的科研領先于企業發展，通常是國際上最先進、最前沿的技術，企業應加強溝通，尋找適合自己未來產業升級的技術，加強研發投入，使實驗室技術盡快孵化為可實用的創新產品。

其次，需大力吸納優秀科研人員，為產業轉型和新技術開發儲備人才。光子器件科研產業化除了需要高校和科研院配合和扶持外，企業本身也需要專職人才隊伍，吸收最新科研成果，保證產品的技術含量。

最后，應從產品收益中分配固定經費用于新科技產品的培育，做到產業創新的可持續性發展。