沈湘，于杰平，王麗,2＊

1．中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心，情報(bào)研究部，北京 100190

2．中國(guó)科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，信息資源管理系，北京 100190

引 言

光子芯片（Photonic Chip），也稱光電子芯片或光子集成電路（Photonic Integrated Circuit，PIC），采用光波（電磁波）作為信息傳輸或數(shù)據(jù)運(yùn)算的載體，一般依托于光波導(dǎo)介質(zhì)來(lái)傳輸光信號(hào)，將光信號(hào)和電信號(hào)的調(diào)制、傳輸、解調(diào)、處理等進(jìn)行功能集成。光波長(zhǎng)在百納米到1 微米量級(jí)，使光子芯片不必像電子芯片那樣追求工藝尺寸的極限縮小，就能有更多的性能提升空間。1969 年，美國(guó)諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室（Nokia Bell Labs）Miller SE 首次提出了集成光學(xué)的概念[1]。

人工智能、5G、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)駕駛等新興領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，不僅帶動(dòng)了全球數(shù)據(jù)的爆炸式增長(zhǎng)，算力需求急劇增加，也帶來(lái)了顯著的能耗問(wèn)題（如圖1 所示）。隨著集成電路產(chǎn)業(yè)逐步進(jìn)入后摩爾時(shí)代，光子芯片采用全新的芯片設(shè)計(jì)思路，具有低功耗、低時(shí)延、高算力以及不易受到溫度、電磁干擾和噪聲變化的影響等優(yōu)良特性，使其成為突破現(xiàn)有電子芯片設(shè)計(jì)和算力瓶頸的有效途徑之一。從國(guó)家戰(zhàn)略安全和戰(zhàn)略需求的角度，光子芯片可以解決很多數(shù)據(jù)處理時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)法實(shí)時(shí)處理、功耗高等應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題，在光通信、光互連、光計(jì)算、激光雷達(dá)、生物傳感和光量子等領(lǐng)域展現(xiàn)出誘人的發(fā)展前景[3]。

圖1 傳統(tǒng)CPU 的能耗[2]Fig.1 The energy efficiency of traditional CPU

本文采用元分析方法（Meta-Analysis）和層次分析法，對(duì)光子芯片在信息科技領(lǐng)域的政策文獻(xiàn)、科技文獻(xiàn)和新聞資訊進(jìn)行歸納和總結(jié)，分析其全球競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)、重點(diǎn)發(fā)展方向和主要發(fā)展趨勢(shì)，旨在為光子芯片研究領(lǐng)域的管理決策人員和科研人員提供信息參考。

1 光子芯片的全球競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)

當(dāng)前，光子芯片正處在一個(gè)關(guān)鍵的發(fā)展節(jié)點(diǎn)。隨著摩爾定律瀕臨極限，美歐日科技發(fā)達(dá)國(guó)家圍繞光電產(chǎn)業(yè)發(fā)展紛紛進(jìn)行了系統(tǒng)的部署和行動(dòng)，以搶占光子技術(shù)發(fā)展先機(jī)，布局高端芯片產(chǎn)業(yè)鏈。在中美貿(mào)易摩擦和中美科技脫鉤等多重因素作用下，我國(guó)對(duì)光子芯片產(chǎn)業(yè)日漸重視并推出了多項(xiàng)國(guó)家政策和地方政策，光子芯片有望成為我國(guó)“換道超車”的一條路徑。

1.1 美國(guó)

美國(guó)一直注重光電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，早在1991 年就成立了美國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)振興會(huì)（Optoelectronics Industry Development Association, OIDA）。2013年，美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)（NRC）更新了《光學(xué)與光子：必要技術(shù)》（Optics and Photonics: Essential Technologies）報(bào)告[4]，提高了美國(guó)政府、產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界對(duì)光子技術(shù)的重視程度。2014 年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)發(fā)布《用光學(xué)和光子學(xué)打造更加光明的未來(lái)》（Building a Brighter Future with Optics and Photonics）報(bào)告以促進(jìn)光學(xué)與光子基礎(chǔ)研究與早期應(yīng)用研究，支持生物光子學(xué)、微弱光光學(xué)和單光子技術(shù)、復(fù)雜媒介成像、超低功耗納米光電子、研究人員易獲取的制造設(shè)施、奇異光子研究（如相干輻射、太赫茲、X 射線）和關(guān)鍵光子材料的國(guó)內(nèi)來(lái)源7 方面研究[5]。2014 年，美國(guó)由產(chǎn)學(xué)研組成建立了“國(guó)家光子計(jì)劃”產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，白宮還公布了“國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)（NNMI）計(jì)劃”以確保美國(guó)在先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域的全球領(lǐng)先地位。NNMI 于2015 年成立美國(guó)集成光子制造研究所（AIM photonics），旨在打造美國(guó)端到端光子生態(tài)系統(tǒng)[6]。2022 年，美國(guó)白宮發(fā)布的《國(guó)家先進(jìn)制造業(yè)戰(zhàn)略》中提出將通過(guò)集成光電、納電子制造、異構(gòu)集成研發(fā)設(shè)施建設(shè)等技術(shù)方案，加快微電子學(xué)和半導(dǎo)體制造業(yè)創(chuàng)新[7]。

美國(guó)國(guó)防部將光子學(xué)視為關(guān)鍵技術(shù)之一，國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）持續(xù)資助研發(fā)項(xiàng)目促進(jìn)光子芯片技術(shù)的軍事和商業(yè)應(yīng)用：（1）從2008 年開(kāi)始先后資助了“超高效納米光子芯片間 通 訊（Ultraperformance Nanophotonic Intrachip Communications, UNIC）” 項(xiàng)目和“ 光學(xué)優(yōu)化嵌入式微處理器（Optically Optimized Embedded Microprocessor, POEM）”項(xiàng)目以開(kāi)發(fā)和CMOS 兼容的光子技術(shù)用于高通量通訊網(wǎng)絡(luò)；（2）2018 年宣布了第二階段電子復(fù)興計(jì)劃項(xiàng)目“通用微光學(xué)系統(tǒng)激光器（Lasers for Universal Microscale Optical Systems,LUMOS）”和“極端可擴(kuò)展性光子學(xué)封裝（Photonics in the Package for Extreme Scalability, PIPES）”，旨在通過(guò)三維異構(gòu)集成開(kāi)發(fā)高性能光子芯片以實(shí)現(xiàn)人工智能、相控陣、傳感器和數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域的突破性發(fā)展；（3）2019 年啟動(dòng)“未來(lái)計(jì)算系統(tǒng)”項(xiàng)目，旨在研究基于知識(shí)/推理的引擎，具備深度學(xué)習(xí)能力、高算力和低功耗的集成光子芯片；（4）2021 年DARPA 聯(lián)合半導(dǎo)體研究聯(lián)盟（SRC）及產(chǎn)業(yè)界財(cái)團(tuán)啟動(dòng)聯(lián)合大學(xué)微電子學(xué)計(jì)劃（JUMP）2.0，先進(jìn)單片和異構(gòu)集成（新型光電互連結(jié)構(gòu)和先進(jìn)封裝）和高性能節(jié)能器件（支持下一代數(shù)字和模擬應(yīng)用的新型材料、器件和互連技術(shù)）為其擬解決的關(guān)鍵研究主題。

1.2 歐洲

光子學(xué)是歐盟的關(guān)鍵使能技術(shù)之一，歐盟一直關(guān)注并開(kāi)發(fā)顛覆性光子學(xué)技術(shù)。為了發(fā)展硅光子芯片，2002 年以來(lái)歐盟先后設(shè)立了“基于CMOS 工藝的光子互連層（Photonic Interconnect Layer on CMOS, PICMOS）”“光子庫(kù)與制造技術(shù)（PLAT4M）”“III-V 族半導(dǎo)體量子點(diǎn)和量子點(diǎn)材料的異質(zhì)集成（SEQUOIA）”等項(xiàng)目，旨在聯(lián)合歐洲的領(lǐng)先企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)以及潛在用戶，打造硅光技術(shù)的全產(chǎn)業(yè)鏈。歐盟“地平線2020（Horizon 2020）計(jì)劃”也資助了多個(gè)光子芯片研發(fā)項(xiàng)目，如：（1）2022 年ELENA 項(xiàng)目，致力于開(kāi)發(fā)基于絕緣體上鈮酸鋰（LNOI）的光子平臺(tái)，計(jì)劃為L(zhǎng)NOI 技術(shù)開(kāi)發(fā)一個(gè)完整的歐洲工業(yè)供應(yīng)鏈，包括LNOI 晶圓制造、用于代工服務(wù)的高良率制造工藝、包含PDK 的設(shè)計(jì)軟件以及LNOI PIC 的封裝等[8]；（2）2023 年P(guān)ATTERN 項(xiàng)目，致力于采用先進(jìn)混合集成平臺(tái)的下一代超高速集成微波光子電路研發(fā)，計(jì)劃開(kāi)發(fā)世界上第一個(gè)用于100GHz 以上超高頻微波光子學(xué)的工藝設(shè)計(jì)套件（PDK）和封裝設(shè)計(jì)套件（ADK）[9]。歐洲技術(shù)平臺(tái)Photonics21 在2019 年發(fā)布了《歐洲的光時(shí)代》（Europe’s age of light）報(bào)告為2021—2027 年歐洲光子學(xué)界制定了研究計(jì)劃和優(yōu)先事項(xiàng)[10]；2023年，Photonics21 又發(fā)布《新視野：通過(guò)光子學(xué)確保歐洲的戰(zhàn)略自主性》報(bào)告，強(qiáng)調(diào)了先進(jìn)光子學(xué)技術(shù)在歐盟戰(zhàn)略價(jià)值鏈和工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的重要性，涉及高性能計(jì)算與量子計(jì)算、增強(qiáng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)5.0 與制造業(yè)、空間與防御、可再生能源等領(lǐng)域[11]。作為歐洲光子學(xué)研究的首要國(guó)家之一，德國(guó)聯(lián)邦教育和研究部（BMBF）自2002年起就啟動(dòng)實(shí)施了“光學(xué)技術(shù)-德國(guó)制造（Optical Technologies - Made in Germany）”研究框架計(jì)劃，長(zhǎng)期資助光學(xué)領(lǐng)域研究[12]，并于2010 年發(fā)布了《光子學(xué)議程2020》戰(zhàn)略報(bào)告[13]；2017 年，德國(guó)科學(xué)基金會(huì)（DFG）將“ 超快信號(hào)處理的電光集成系統(tǒng)”設(shè)為優(yōu)先資助項(xiàng)目之一以發(fā)展光子集成技術(shù)[14]。荷蘭政府也通過(guò)國(guó)家增長(zhǎng)基金資助集成光子學(xué)生態(tài)聯(lián)盟PhotonDelta 開(kāi)展光子芯片項(xiàng)目，加速技術(shù)創(chuàng)新以鞏固和提升集成光子學(xué)世界領(lǐng)導(dǎo)者地位。此外，作為《歐洲芯片法案》建設(shè)內(nèi)容的一部分，2022 年西班牙發(fā)布第十個(gè)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略項(xiàng)目“PERTE Chip”，以加強(qiáng)尖端微處理器和替代架構(gòu)、集成光子學(xué)和量子芯片的研發(fā)。

英國(guó)也很重視光子學(xué)的發(fā)展。英國(guó)皇家物理學(xué)會(huì)在2018 年發(fā)布了《光子學(xué)的興起》報(bào)告，指出光子學(xué)對(duì)解決英國(guó)政府工業(yè)戰(zhàn)略中的人工智能、清潔增長(zhǎng)、未來(lái)流動(dòng)性、老齡化社會(huì)等挑戰(zhàn)至關(guān)重要[15]；2021 年，英國(guó)政府發(fā)布《英國(guó)創(chuàng)新戰(zhàn)略：創(chuàng)造引領(lǐng)未來(lái)》（UK Innovation Strategy：Leading the future by creating it）報(bào)告，將電子學(xué)、光子學(xué)和量子學(xué)確定為七大關(guān)鍵戰(zhàn)略技術(shù)之一[16]；2021 年，英國(guó)光子學(xué)領(lǐng)導(dǎo)小組發(fā)布的《2035 年英國(guó)光子學(xué)愿景》報(bào)告中預(yù)計(jì)英國(guó)光電產(chǎn)業(yè)規(guī)模到2035 年將增長(zhǎng)到500 億英鎊，成為英國(guó)生產(chǎn)率最高的三大制造業(yè)之一[17]；2023 年，英國(guó)發(fā)布《國(guó)家半導(dǎo)體戰(zhàn)略》，計(jì)劃投資混合和異構(gòu)集成、光子集成、人工智能硬件、新材料及制造技術(shù)等新興半導(dǎo)體技術(shù)，確保在未來(lái)半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位[18]。

在量子科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)下，歐盟還將光子學(xué)及光子芯片視為量子科學(xué)的重要技術(shù)解決途徑之一。2022 年，歐盟發(fā)布的《量子旗艦計(jì)劃戰(zhàn)略研究和產(chǎn)業(yè)議程》將光子學(xué)列為其實(shí)現(xiàn)未來(lái)量子計(jì)算目標(biāo)的技術(shù)途徑之一[19]；德國(guó)BMBF 發(fā)布的《量子系統(tǒng)研究計(jì)劃》里也詳細(xì)探討了BMBF 如何在未來(lái)10 年內(nèi)為光子學(xué)和量子技術(shù)研究創(chuàng)建保障機(jī)制[20]。

1.3 日本

為推動(dòng)光子技術(shù)發(fā)展，1980 年日本成立了光產(chǎn)業(yè)技術(shù)振興協(xié)會(huì)（OITDA）。由于光電領(lǐng)域的重大技術(shù)發(fā)明多源于美國(guó)，早期日本政府主要是靠引進(jìn)外國(guó)技術(shù)進(jìn)行消化吸收，后期則是自主創(chuàng)新。日本將光電融合的光網(wǎng)絡(luò)視為未來(lái)半導(dǎo)體重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一，2010 年開(kāi)始組織實(shí)施“光電融合系統(tǒng)基礎(chǔ)技術(shù)開(kāi)發(fā)（PECST）”等項(xiàng)目，作為內(nèi)閣府支持的尖端研究開(kāi)發(fā)資助計(jì)劃之一，旨到2025 年實(shí)現(xiàn)“片上服務(wù)器”以及“片上數(shù)據(jù)中心”；2021 年，日本發(fā)布的《半導(dǎo)體和數(shù)字產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略》實(shí)施計(jì)劃中，將光電融合作為重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行部署，強(qiáng)調(diào)光模塊搭載、芯片間超短距離光布線、芯片內(nèi)光布線連接三步走路線，以實(shí)現(xiàn)超低功耗光電融合系統(tǒng)。2022 年，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省提出日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)振興基本戰(zhàn)略，主要分為三步：（1）緊急強(qiáng)化用于物聯(lián)網(wǎng)的半導(dǎo)體基本產(chǎn)能；（2）通過(guò)日美合作開(kāi)發(fā)下一代半導(dǎo)體技術(shù)；（3）通過(guò)全球合作研發(fā)未來(lái)技術(shù)，重點(diǎn)包括光電融合技術(shù)和量子計(jì)算。

1.4 中國(guó)

我國(guó)在光子芯片相關(guān)研究領(lǐng)域也較早進(jìn)行了布局。2016 年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，要求做強(qiáng)信息技術(shù)核心產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)光通信器件等核心基礎(chǔ)硬件的保障能力，加緊布局后摩爾定律時(shí)代芯片相關(guān)領(lǐng)域。2017 年，在工業(yè)和信息化部電子信息司指導(dǎo)下，中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)牽頭編制并發(fā)布了《中國(guó)光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018—2022 年）》，提出提高核心光子器件國(guó)產(chǎn)化率、提升集成光通信器件能力的產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。“十三五”期間，在科技部的“光電子與微電子器件與集成”重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目等相關(guān)研究計(jì)劃的支持下，我國(guó)在光子芯片研究領(lǐng)域取得了較好的發(fā)展?！笆奈濉逼陂g，光電子器件及集成技術(shù)是國(guó)家自然科學(xué)基金委信息科學(xué)領(lǐng)域的重點(diǎn)資助內(nèi)容之一，科技部也設(shè)立了“信息光子技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)和“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題”重點(diǎn)專項(xiàng)下設(shè)的“鈮酸鋰薄膜重要片上光子器件研究”項(xiàng)目支持我國(guó)光子芯片技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

在復(fù)雜的國(guó)際環(huán)境因素推動(dòng)下，國(guó)家層面對(duì)光子芯片產(chǎn)業(yè)日漸重視并出臺(tái)了多項(xiàng)政策，上海、北京等各地政府也紛紛響應(yīng)布局發(fā)展光子芯片技術(shù)，相繼啟動(dòng)光子芯片中試線平臺(tái)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，光子芯片領(lǐng)域迎來(lái)了國(guó)產(chǎn)替代的機(jī)會(huì)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)大。2017 年，我國(guó)工信部正式批復(fù)同意武漢建設(shè)國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心，該中心由光迅科技、烽火通信、亨通光電等國(guó)內(nèi)多家企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)共同參與建設(shè)，匯聚了國(guó)內(nèi)信息光子領(lǐng)域創(chuàng)新資源，承載著解決我國(guó)信息光子制造業(yè)“關(guān)鍵和共性技術(shù)協(xié)同研發(fā)”以及“實(shí)現(xiàn)首次商業(yè)化”的戰(zhàn)略任務(wù)，著力破解信息光子“缺芯”的局面。2018 年，中國(guó)信科宣布我國(guó)首款商用“100G 硅光收發(fā)芯片”正式投產(chǎn)。光子芯片有望成為我國(guó)在集成電路領(lǐng)域“換道超車”的重要機(jī)遇。

2 光子芯片發(fā)展的重點(diǎn)方向

按照微電子產(chǎn)業(yè)的分類，本文將光子芯片的重點(diǎn)發(fā)展方向分為光子芯片設(shè)計(jì)軟件、光子材料與器件、計(jì)量測(cè)試以及異構(gòu)集成與封裝。

2.1 光子芯片設(shè)計(jì)軟件

光子學(xué)設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)仍處于發(fā)展階段。器件級(jí)仿真已發(fā)展成熟，但更高層次的仿真還有待進(jìn)一步發(fā)展，如晶圓級(jí)自動(dòng)化測(cè)試、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查、版圖與原理圖檢查器和設(shè)計(jì)測(cè)試工具，以及如何方便的提取非線性、功率處理、相干長(zhǎng)度、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（Spurious Free Dynamic range, SFDR）等關(guān)鍵的二階參數(shù)[21]。

工藝設(shè)計(jì)套件（Process Design Kit, PDK）讓設(shè)計(jì)與制造幾乎完全分離，是微電子領(lǐng)域的偉大創(chuàng)新之一。目前，硅光子領(lǐng)域也在專用工具和設(shè)計(jì)流程開(kāi)發(fā)方面投入了很多工作。Luxtera 是第一家基于Cadence 環(huán)境開(kāi)發(fā)先進(jìn)設(shè)計(jì)套件的公司，Lumerical、Optiwave、photon design 和Synopsys 已經(jīng)開(kāi)發(fā)出專門(mén)的TCAD 級(jí)的光子系統(tǒng)仿真工具。2022 年，全球電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件工具領(lǐng)導(dǎo)者Synopsys和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備公司Juniper Networks 宣布為行業(yè)提供一個(gè)可通過(guò)PDK 訪問(wèn)的硅光子學(xué)平臺(tái)，包括單片集成激光器、光放大器和一套完整的光子組件[22]。我國(guó)華大九天、上海曼光也在致力于光電芯片PDK開(kāi)發(fā)。然而這些PDK 的功能是有限的，真正的光電協(xié)同設(shè)計(jì)能力和光子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（PDA）工具還有待發(fā)展[23]。2023 年，愛(ài)立信、IBM、英特爾和三星獲得美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)5000 萬(wàn)美元研發(fā)經(jīng)費(fèi)開(kāi)發(fā)下一代半導(dǎo)體的整體設(shè)計(jì)方法，支持研究人員開(kāi)展材料、器件、架構(gòu)、系統(tǒng)和應(yīng)用的集成方法研究[24]。

2.2 光子材料與器件

光子芯片使用的材料可以分為硅（Si）和硅基襯底材料（如SiGe/Si、絕緣體上硅）、磷化銦（InP）、砷化鎵（GaAs）、碳化硅（SiC）、以氮化鎵（GaN）和氮化硅（Si3N3）為代表的III-V 族化合物等半導(dǎo)體材料，鈮酸鋰（LiNbO3）、鉭酸鋰（LiTaO3）、磷酸鈦氧鉀（KTiOPO4）等晶體材料，以及相變聚合物、二維材料等新型材料。目前較為成熟的材料體系為硅基材料和磷化銦材料。使用硅和硅基襯底材料制成的光子芯片也就是硅光子芯片，通過(guò)在同一硅晶圓上集成多個(gè)相同或不同功能的硅基光子器件，實(shí)現(xiàn)同一芯片上一種或多種光信號(hào)的傳輸處理。

完整的光子芯片由光源、光波導(dǎo)、調(diào)制器、探測(cè)器等關(guān)鍵器件組成。二氧化硅（SiO2）、硅、氮化硅、鈮酸鋰、砷化鎵、磷化銦等光子材料各有特色，每種光子材料平臺(tái)具有不同的理想功能。不同光子材料對(duì)應(yīng)具有不同性能優(yōu)勢(shì)的光子器件，如用III-V族材料制作激光器光源、單光子源、調(diào)制器，用氮化硅材料制作寬譜低損耗光波導(dǎo)，用鈮酸鋰材料制作調(diào)制器，用鍺（Ge）材料制作探測(cè)器等[25]。

由于硅是間接帶隙材料，發(fā)光效率低，不適合做光源，因此需要結(jié)合III-V 族半導(dǎo)體、Ⅳ族半導(dǎo)體等其他材料及量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)解決硅光子芯片的光源問(wèn)題，而集成、高效的硅基發(fā)光光源一直是光子芯片研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一[26]。目前，光子芯片的標(biāo)準(zhǔn)化制造路線尚未確立，一個(gè)主要原因是其核心器件光波導(dǎo)往往需要具備超低傳輸損耗、小彎曲半徑、高調(diào)制效率3 項(xiàng)重要特征，而傳統(tǒng)光子材料和加工技術(shù)難以同時(shí)滿足這3 方面要求[27]。此外，尚未有薄膜鈮酸鋰、相變材料、二維材料等新興光電材料的標(biāo)準(zhǔn)化流片工藝，這也制約了光子芯片的快速發(fā)展。受到光學(xué)衍射極限的限制，如何通過(guò)光子材料及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將光場(chǎng)壓縮至深亞波長(zhǎng)尺度，利用光場(chǎng)調(diào)控大幅增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用，也是納光電子與光子芯片領(lǐng)域有待深入研究的一項(xiàng)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題[28]。為了實(shí)現(xiàn)高集成度、高穩(wěn)定性的三維光子芯片，光波導(dǎo)之間的耦合和交互問(wèn)題也是一個(gè)重要的研究關(guān)注內(nèi)容[29]。

2.3 計(jì)量測(cè)試

在集成光路的研發(fā)過(guò)程中，對(duì)材料的表征、工藝的計(jì)量以及光電器件的測(cè)試是必不可少的環(huán)節(jié)。為了滿足不同的測(cè)試要求，計(jì)量和檢測(cè)系統(tǒng)通常需要在各種環(huán)境參數(shù)（例如，溫度、濕度、氣體、光照等）條件下進(jìn)行。光子芯片使用的材料、結(jié)構(gòu)和工藝較多，其計(jì)量和檢測(cè)解決方案需要適應(yīng)更廣泛的技術(shù)以滿足不同制造商的需求。納米材料、二維（2D）材料、三維（3D）器件、光子器件特別是納光電子器件對(duì)工藝誤差極為敏感，如何進(jìn)行高精度的實(shí)時(shí)原位檢測(cè)、繼而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)化修復(fù)成為未來(lái)大規(guī)模集成光子芯片的關(guān)鍵計(jì)量和檢測(cè)技術(shù)。量子、神經(jīng)形態(tài)等新計(jì)算模型的發(fā)展也將推動(dòng)未來(lái)的計(jì)量和檢測(cè)技術(shù)。2022 年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院與美國(guó)AIM Photonics 達(dá)成一項(xiàng)合作研發(fā)協(xié)議，將設(shè)計(jì)電氣校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)用于測(cè)量和測(cè)試芯片電子性能，使光子芯片的運(yùn)行速度達(dá)到110 GHz[30]。

在數(shù)據(jù)科學(xué)和人工智能推動(dòng)下，建模和仿真、大數(shù)據(jù)分析和虛擬計(jì)量將在未來(lái)發(fā)揮更大作用，并將融入計(jì)量的各個(gè)方面[31]。了解計(jì)量數(shù)據(jù)和信息之間的相互作用、最佳反饋、前向反饋和實(shí)時(shí)過(guò)程控制是重建計(jì)量與工藝技術(shù)兩者關(guān)系的關(guān)鍵。此外，基于模型的精確模擬在測(cè)量設(shè)計(jì)和優(yōu)化中變得越來(lái)越重要，以確保在所需的結(jié)果置信度范圍內(nèi)進(jìn)行正確類型和合適數(shù)量的測(cè)量，并避免過(guò)多（時(shí)間和金錢損失）或過(guò)少的測(cè)量（控制損失）。未來(lái)混合或組合計(jì)量技術(shù)的使用也將會(huì)增加。

2.4 異構(gòu)集成與封裝

為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光電集成芯片的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，通常需要充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)異特性，通過(guò)異質(zhì)/異構(gòu)集成將不同種類、多功能的光子器件集成到單個(gè)芯片或系統(tǒng)上以實(shí)現(xiàn)最佳性能。異質(zhì)/異構(gòu)集成（Heterogeneous Integration）是一種能夠充分發(fā)揮多種材料優(yōu)勢(shì)的新興技術(shù)，可以克服單片光子芯片的限制，將不同材料體系性能最優(yōu)的器件集成到單一芯片或系統(tǒng)上從而形成系統(tǒng)級(jí)集成芯片，提升光子芯片的集成度和總體性能并擴(kuò)展功能，成為目前解決單一材料體系芯片技術(shù)瓶頸的一種有效途徑[32]。一直以來(lái)，異構(gòu)集成也是光子芯片技術(shù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)，涉及很多結(jié)構(gòu)與工藝的兼容性問(wèn)題[33]。

根據(jù)集成的元器件是否采用同種材料，光子芯片的集成工藝可以分為單片集成和混合集成。單片集成是經(jīng)過(guò)相同制作工藝，將不同元器件集成在同一襯底上的一體化技術(shù)。單片集成避免了混合集成帶來(lái)的封裝問(wèn)題，具有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、功耗低、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成的關(guān)鍵技術(shù)途徑，但單片集成實(shí)現(xiàn)起來(lái)有較大技術(shù)難度，且目前存在多材料兼容、集成度的提高帶來(lái)光路-電路檢測(cè)以及芯片散熱的問(wèn)題。單片集成較為成熟的材料體系為硅基材料和磷化銦材料，硅基材料難以集成光源等有源器件，磷化銦材料成本較高且難以大規(guī)模集成?；旌霞墒菍⑹褂貌煌牧稀⒉煌谱鞴に囍圃斐鰜?lái)的元器件組合安裝在同一襯底上，關(guān)鍵工藝技術(shù)是利用光子引線鍵合技術(shù)、分子晶圓鍵合技術(shù)、硅通孔技術(shù)進(jìn)行光互連與電互連實(shí)現(xiàn)混合集成。混合集成的優(yōu)勢(shì)是能夠發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢(shì)，提升各功能器件的性能，實(shí)現(xiàn)無(wú)源光波導(dǎo)與有源器件之間較自由的結(jié)合，避免不同材料間的晶格失配，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但存在封裝較復(fù)雜、成本較高、集成度較低等問(wèn)題。2023 年，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和IBM 通過(guò)晶圓鍵合技術(shù)研制出基于混合氮化硅-鈮酸鋰光子平臺(tái)的超低損耗的快速調(diào)諧激光器[34]。

目前，發(fā)展較成熟的硅光子學(xué)面臨的挑戰(zhàn)之一是芯片和光纖之間的耦合，為此必須采用低成本高效益的封裝方法，需要發(fā)展與之相應(yīng)的高精度、標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模的封裝工藝平臺(tái)。共封裝光學(xué)（Copackaged optics）作為一種新型光學(xué)封裝技術(shù)，將光學(xué)元件直接封裝在芯片內(nèi)部，通過(guò)更短的光學(xué)路徑和更緊密的光學(xué)耦合實(shí)現(xiàn)更高密度的光電集成和更高性能的光通信系統(tǒng)，對(duì)于多材料體系異構(gòu)集成器件及芯片至關(guān)重要。2021 年，臺(tái)積電推出一種光電共封裝技術(shù)——緊湊型通用光子引擎（COUPE）硅光子異質(zhì)集成技術(shù)，將光學(xué)引擎和多種計(jì)算和控制專用集成電路（ASIC）集成在同一封裝載板或中間器件上，以滿足不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)中心需求[35]。

此外，通過(guò)光電異構(gòu)集成技術(shù)在同一芯片上集成光子元件和微電子元件實(shí)現(xiàn)芯片間及芯片內(nèi)光互聯(lián)可有效解決微電子芯片目前的發(fā)展瓶頸問(wèn)題，也是實(shí)現(xiàn)“擴(kuò)展摩爾（more than Moore）”和“超越摩爾（beyond CMOS）”的重要技術(shù)路線[33]。光電集成芯片的技術(shù)要求比光子芯片更為苛刻，需要在同一襯底材料上對(duì)光、電功能單元同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，存在著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、前后工序之間的相容性問(wèn)題。光電集成芯片整體上仍處于研究開(kāi)發(fā)階段，目前主要應(yīng)用于集成有源器件及其外部驅(qū)動(dòng)電路。

3 光子芯片主要發(fā)展趨勢(shì)

3.1 光通信與光互連為光子芯片的重要應(yīng)用場(chǎng)景

光子芯片可以實(shí)現(xiàn)高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸，是光通信和光模塊的重要組成部分，可用于數(shù)據(jù)中心、通信網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)景。光通信產(chǎn)業(yè)事關(guān)國(guó)計(jì)民生，由此成為各國(guó)戰(zhàn)略布局的重要領(lǐng)域。5G、6G 等新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸容量和傳輸速率提出了更高要求，促使光子芯片技術(shù)成為光通信和光互聯(lián)產(chǎn)業(yè)鏈的制高點(diǎn)。其中，光調(diào)制器作為高速、長(zhǎng)距離光通信系統(tǒng)的重要組成部分，隨著5G 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求的不斷增長(zhǎng)迎來(lái)市場(chǎng)發(fā)展新機(jī)遇，調(diào)制技術(shù)向更高帶寬、更高速率和更高集成化方向發(fā)展[36]。

目前，國(guó)際上400G 光模塊已進(jìn)入商用部署階段，800G 光模塊樣機(jī)研制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在推進(jìn)中，而1.6Tb/s 光模塊成為下一步全球競(jìng)相追逐的熱點(diǎn)。2021 年，國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心、鵬城實(shí)驗(yàn)室在國(guó)內(nèi)率先完成了1.6Tb/s 硅光收發(fā)芯片的聯(lián)合研制和功能驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)硅光互連芯片技術(shù)向Tb/s 級(jí)的首次跨越；2022 年，日本NTT 公司演示了每波長(zhǎng)超過(guò)2 Tb/s 的數(shù)字相干光信號(hào)的傳輸和接收，并在240km 的光放大中繼器傳輸實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了2.02 Tb/s的光信號(hào)[37]。此外，英特爾于2021 年成立面向數(shù)據(jù)中心互連的集成光子學(xué)研究中心，以加快光互聯(lián)輸入/輸出（I/O）技術(shù)在性能擴(kuò)展和集成方面的創(chuàng)新，重點(diǎn)研究光子技術(shù)和器件、CMOS 電路和鏈路架構(gòu)以及封裝集成和光纖耦合，以滿足未來(lái)10 年及之后對(duì)能效和帶寬性能的要求[38]。

3.2 硅光子芯片迎來(lái)技術(shù)快速迭代與產(chǎn)業(yè)鏈高速發(fā)展

在數(shù)十年內(nèi)，硅光子芯片經(jīng)歷了概念提出和原理驗(yàn)證、分立式器件、異構(gòu)集成、單片集成和光電器件高度集成5 個(gè)發(fā)展過(guò)程（如圖2 所示），有機(jī)結(jié)合了成熟微電子和光電子技術(shù)，成為“超越摩爾”的新技術(shù)路徑，是光通信與光計(jì)算等技術(shù)的基礎(chǔ)，在激光雷達(dá)、醫(yī)療傳感、智能運(yùn)算等各個(gè)領(lǐng)域呈現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。

圖2 硅光子芯片的技術(shù)演變示意圖[39]Fig.2 A schematics of the evolution of silicon photonics along the years

阿里巴巴達(dá)摩院發(fā)布的《2022 十大科技趨勢(shì)》中，硅光子芯片是其預(yù)測(cè)的趨勢(shì)之一；隨著云計(jì)算與人工智能的大爆發(fā)，預(yù)計(jì)硅光子芯片在未來(lái)3 年將承載絕大部分大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)的高速信息傳輸。2023 年，英國(guó)激光器研發(fā)公司Vector Photonics 表示正在推進(jìn)面向人工智能芯片應(yīng)用的1 瓦全半導(dǎo)體光子晶體結(jié)構(gòu)表面發(fā)射激光器的商業(yè)化進(jìn)程，其光功率將至少是現(xiàn)有DFB 激光器的10 倍[40]。

基于硅光子芯片的車載激光雷達(dá)（LiDAR）產(chǎn)品，隨著無(wú)人駕駛、智能駕駛應(yīng)用也逐步成熟。2022 年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊(duì)將128×128 像素的焦平面開(kāi)關(guān)陣列（FPSA）和MEMS 單片集成到10 × 11 mm2的硅光子芯片上，實(shí)現(xiàn)了16,384 像素的調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）成像激光雷達(dá)，分辨率獲創(chuàng)紀(jì)錄突破[41]。

3.3 光子芯片為人工智能、量子計(jì)算等新興計(jì)算帶來(lái)突破性發(fā)展

光子芯片作為一種硬件架構(gòu)新方案，為人工智能、量子計(jì)算等新興計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)提供了發(fā)展新機(jī)遇。利用光子計(jì)算方法替代傳統(tǒng)電子計(jì)算方法將有望解決摩爾定律困境以及馮·諾依曼架構(gòu)的算力、功耗問(wèn)題。

當(dāng)電子芯片算力的增長(zhǎng)遠(yuǎn)低于人工智能計(jì)算需求的增長(zhǎng)（如圖3 所示），人工智能光子芯片，以微納光子集成為基礎(chǔ)的光子芯片結(jié)合基于光學(xué)計(jì)算的人工智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)成為應(yīng)對(duì)未來(lái)低功耗、高速率、大數(shù)據(jù)量信息處理能力的關(guān)鍵。其中，光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近年來(lái)得到快速發(fā)展[43]。2021 年，華中科技大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所基于二維半導(dǎo)體的硅基同質(zhì)器件，首次提出了類腦功能的“光電傳感-計(jì)算-存儲(chǔ)一體化”神經(jīng)形態(tài)芯片架構(gòu)[44]。2023 年，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所利用波分復(fù)用技術(shù)結(jié)合光的多模干涉研制出一款超高集成度光學(xué)卷積處理器，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了手寫(xiě)數(shù)字圖像特征提取和分類能力[45]。Lightmatter、Lightelligence 等初創(chuàng)公司也紛紛致力于人工智能光子芯片研發(fā)。

圖3 人工智能計(jì)算需求增長(zhǎng)曲線與電子芯片算力增長(zhǎng)曲線[42]Fig.3 Artificial intelligence computing demand growth curve and electronic chip computing power growth curve

光量子芯片采用傳統(tǒng)的微納加工工藝在單個(gè)芯片上集成大量的光量子器件來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算過(guò)程，具有高集成度、超高速度、超強(qiáng)并行性、超高帶寬、超低延遲、超低損耗等優(yōu)勢(shì)。發(fā)展全固態(tài)集成的光子芯片，實(shí)現(xiàn)光子態(tài)的片上制備、傳輸、存儲(chǔ)、探測(cè)，已成為量子信息技術(shù)走向規(guī)模應(yīng)用的重要途徑[46]。2021 年，我國(guó)正式成立國(guó)內(nèi)首家光量子計(jì)算公司圖靈量子[47]；上海交通大學(xué)在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了單片集成128 個(gè)全同量子光源的陣列芯片[48]。2022 年，加拿大Xanadu 團(tuán)隊(duì)與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所合作研發(fā)可編程光量子芯片Borealis[49]，并證明了量子計(jì)算的優(yōu)越性；美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)在光子芯片上開(kāi)發(fā)了一種片上光學(xué)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，消除了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)芯片中4 個(gè)主要耗時(shí)的影響因素：光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換、模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換、大內(nèi)存模塊和基于時(shí)鐘的計(jì)算，在9.3 mm2的光子芯片上約0.5 ns 內(nèi)實(shí)現(xiàn)整個(gè)圖像分類，標(biāo)志著第一個(gè)完全在集成光子設(shè)備上以可擴(kuò)展方式實(shí)現(xiàn)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[50]。2023 年，北京大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院微電子研究所等研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合發(fā)展出了超大規(guī)模集成硅基光量子芯片的晶圓級(jí)加工和量子調(diào)控技術(shù)，制造出一款集成了約2,500 個(gè)元器件的超大規(guī)模集成硅基光子學(xué)的圖論光量子芯片，首次實(shí)現(xiàn)了片上多光子高維度量子糾纏態(tài)的制備與調(diào)控[51]；英國(guó)初創(chuàng)企業(yè)Wave Photonics 公司牽頭QPICPAC 項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)快速、經(jīng)濟(jì)、高效地封裝光量子芯片[52]。全球各大光量子計(jì)算研究公司紛紛建立光量子芯片中試線，圖靈量子也已啟動(dòng)國(guó)內(nèi)第一條光子芯片中試線建設(shè)。

為了推進(jìn)量子信息科學(xué)領(lǐng)域的研究，高效且可靠的量子光源至關(guān)重要。因?yàn)榱孔舆^(guò)程的隨機(jī)性，創(chuàng)造一個(gè)按需產(chǎn)生的單光子光源也極具挑戰(zhàn)性。2021 年，中山大學(xué)通過(guò)將量子點(diǎn)精確地集成在帶有角向光柵的微環(huán)腔的波幅位置、并結(jié)合超低吸收的零場(chǎng)鏡面高反結(jié)構(gòu)，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了可攜帶軌道角動(dòng)量的高亮度固態(tài)單光子源[53]。2022 年，澳大利亞悉尼科技大學(xué)、新南威爾士大學(xué)和麥考瑞大學(xué)結(jié)合六方氮化硼（h-BN）2D 材料和半球形固體浸沒(méi)透鏡光學(xué)元件，開(kāi)發(fā)出可在室溫工作的高純度單光子源[54]。2023 年，丹麥哥本哈根大學(xué)尼爾斯·玻爾研究所和德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)成功創(chuàng)造出兩個(gè)相同的量子光源并開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的納米芯片，首次對(duì)兩個(gè)光源進(jìn)行精確控制并實(shí)現(xiàn)了量子力學(xué)糾纏[55]；中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)設(shè)計(jì)并制造出一個(gè)應(yīng)用于鈮酸鋰芯片上低噪聲的量子頻率轉(zhuǎn)換納米光波導(dǎo)器件，由此構(gòu)建了一個(gè)上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器[56]。

3.4 新材料、新工藝持續(xù)提高元件集成度、縮小光子芯片尺寸

光子芯片技術(shù)還在不斷迭代發(fā)展中，新材料、新工藝和新制造設(shè)備的持續(xù)發(fā)展，趨使光子元件尺寸不斷縮小、光子元件密度不斷提高。德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院研究人員在2012 年提出的光子引線鍵合（Photonic wire bonding）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同光芯片、芯片與光纖之間的互聯(lián)，其性能指標(biāo)在持續(xù)研究中不斷提高，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了光子元件小型化和高度集成[41]。此外，2021 年，美國(guó)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院采用CMOS 兼容的半導(dǎo)體工藝，首次實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器和非線性光頻梳的單片全集成和功能化，為超低損耗氮化硅平臺(tái)提供了高性能III-V 族激光光源[57]。2022 年，南京大學(xué)將飛秒脈沖激光聚焦于鈮酸鋰晶體材料內(nèi)部，把光雕刻鈮酸鋰三維結(jié)構(gòu)的尺寸，從傳統(tǒng)的1 微米量級(jí)首次縮小到納米級(jí)，大大提高了加工精度[58]。2023 年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)與新加坡國(guó)立大學(xué)等首次利用新型二維材料NbOCl2的非線性過(guò)程實(shí)現(xiàn)了超薄的量子光源，厚度可低至46 nm[59]。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，全光系統(tǒng)級(jí)芯片，即在尺寸更小的芯片上通過(guò)全光調(diào)控加載更多功能、擁有更大的存儲(chǔ)密度及更高的運(yùn)行效率，是光子芯片的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展目標(biāo)，目前已在光通訊、量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域展示出了顯著優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。

4 結(jié)論與展望

進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，隨著信息量的增長(zhǎng)，特別是互聯(lián)網(wǎng)的興起對(duì)寬帶速度的要求不斷提高，新一代信息技術(shù)迅猛發(fā)展，全球光子芯片的市場(chǎng)規(guī)模不斷攀升。“十三五”以來(lái)，隨著中國(guó)制造2025、互聯(lián)網(wǎng)+等國(guó)家戰(zhàn)略出臺(tái)和國(guó)際環(huán)境的變化，我國(guó)光子芯片產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了重大發(fā)展機(jī)遇，但仍存在基礎(chǔ)研發(fā)薄弱、學(xué)科和研究碎片化、人才匱乏、系統(tǒng)架構(gòu)研究與設(shè)計(jì)缺乏、工藝設(shè)備的研發(fā)實(shí)力薄弱等問(wèn)題，致使我國(guó)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力較弱、產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不均衡、核心高端光電子器件水平相對(duì)滯后。

為盡快占領(lǐng)科技戰(zhàn)略制高點(diǎn)，加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，對(duì)我國(guó)光子芯片發(fā)展提出以下建議：（1）增強(qiáng)原始創(chuàng)新能力，進(jìn)行多層次協(xié)同創(chuàng)新突破，擺脫光子芯片設(shè)計(jì)軟件受制于人、光子材料和高端光子器件嚴(yán)重依賴進(jìn)口的局面，利用最先進(jìn)的設(shè)備和工具開(kāi)發(fā)和部署計(jì)量技術(shù)，突破高密、高速、可調(diào)等集成封裝與測(cè)試工藝，促使工業(yè)界能夠提高制造產(chǎn)量、芯片性能，加快新技術(shù)產(chǎn)品的上市時(shí)間，提升光子芯片領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)和制定方面的領(lǐng)導(dǎo)地位，以加強(qiáng)我國(guó)在光電子材料、設(shè)計(jì)、制造和封裝方面的全球競(jìng)爭(zhēng)力。（2）在中美科技合作有可能長(zhǎng)期受阻的情況下，與德國(guó)、英國(guó)、荷蘭、西班牙和加拿大等國(guó)加強(qiáng)國(guó)際合作伙伴關(guān)系，構(gòu)建多樣化和競(jìng)爭(zhēng)化的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，利用其在高端光子器件方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)我國(guó)成為投資、研究、創(chuàng)新、合作和采用關(guān)鍵技術(shù)的可靠合作伙伴，實(shí)現(xiàn)我國(guó)光子芯片技術(shù)跨越發(fā)展。

致謝

特別感謝中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所魏鐘鳴研究員、石暖暖青年研究員對(duì)本文的指正。

利益沖突聲明

所有作者聲明不存在利益沖突關(guān)系。