上海交大周林杰：突破高端光器件需長期研發(fā)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(fā)與投入

本刊記者|刁興玲

周林杰

目前國內(nèi)光子集成技術(shù)還處于小規(guī)模實驗室研發(fā)階段，在大規(guī)模集成芯片開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面與發(fā)達國家還存在較大差距。另外，在光電子芯片制作方面，國內(nèi)也還沒有形成規(guī)?；瑳]有一個能打通上下游實現(xiàn)集成芯片設(shè)計、制備和測試的成熟研發(fā)平臺。

隨著網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級，而且需要付出更少的能耗代價。光子集成技術(shù)可以大幅度提高光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)功耗，同時大大降低了系統(tǒng)成本，能滿足未來網(wǎng)絡(luò)帶寬需求，光子集成電路技術(shù)的逐漸成熟必將引起光信息技術(shù)領(lǐng)域的又一次革命。那么，光子集成技術(shù)有哪些集成方式？

另外，目前單純發(fā)展微電子技術(shù)、光子技術(shù)的弊端日益凸顯，微電子技術(shù)、光子技術(shù)的緊密結(jié)合、相互滲透，必將推進信息技術(shù)進入新的發(fā)展階段，那么，業(yè)界如何看待光電子集成技術(shù)的發(fā)展？

我國在高端光器件的發(fā)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(xué)電子工程系光纖技術(shù)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(shù)是未來光器件的主流發(fā)展方向，近年來一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注和研究的焦點。光子集成技術(shù)有哪些集成方式？

周林杰：光子集成技術(shù)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(tǒng)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(xiàn)某種功能和應(yīng)用，比如在Si、SiO2、InP上制作不同的光子器件利用波導(dǎo)連接形成光子回路。

特定材料有本身的物理限制，只能實現(xiàn)某幾類功能，因此有時候需要結(jié)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(xiàn)比較復(fù)雜的功能時。例如，硅波導(dǎo)器件尺寸小，適合做高密度無源和可調(diào)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(fā)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(xué)中一個比較熱門的研究方向。

集成技術(shù)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(shù)的發(fā)展？

周林杰：微電子和光子器件研究傳統(tǒng)上在兩條路上發(fā)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(chǎn)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(yōu)勢。

光和電未來勢必將融合在一起，取長補短，既能發(fā)揮光的傳輸優(yōu)勢，也能發(fā)揮電的處理優(yōu)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(shù)據(jù)交換能力成為制約其性能進一步提升的瓶頸，采用光波導(dǎo)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(shù)途徑。

《通信世界》目前我國國內(nèi)光子集成研究現(xiàn)狀如何?

周林杰：近幾年來通過各類國家項目的支持，國內(nèi)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(fā)、光交換和路由、光延遲和存儲、全光信號處理、多維度光傳輸?shù)确矫娑既〉昧酥匾M展。

然而，這些光子集成還處于小規(guī)模實驗室研發(fā)階段，在大規(guī)模集成芯片開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面與發(fā)達國家還存在較大差距。另外，在光電子芯片制作方面，國內(nèi)也還沒有形成規(guī)模化，沒有一個能打通上下游實現(xiàn)集成芯片設(shè)計、制備和測試的成熟研發(fā)平臺。

光子集成發(fā)展并不是一朝一夕能完成的，需要長期研究積累、科研經(jīng)費投入、軟硬件環(huán)境改善、團結(jié)合作協(xié)同創(chuàng)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(yè)化程度在不斷深化，目前，光器件的應(yīng)用可大致分為哪些主要的領(lǐng)域？

周林杰：光電器件的應(yīng)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(lǐng)域。

《通信世界》據(jù)統(tǒng)計，我國的通信光電子器件產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)占據(jù)全球份額的15%以上。但是，大多數(shù)器件都集中于中低端，在您看來，我國應(yīng)如何突破高端光器件市場？

周林杰：高端光器件在技術(shù)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(lǐng)世界領(lǐng)先的技術(shù)。

首先，亟需建立面向高端光器件和芯片的綜合研發(fā)平臺，該平臺由政府、企業(yè)、研究所和大學(xué)共同建立，集中國內(nèi)各優(yōu)勢單位，強強聯(lián)合、資源共享。政府和企業(yè)提供研發(fā)資助，研究院所和大學(xué)研發(fā)核心技術(shù)和培養(yǎng)科研勞動力，在現(xiàn)有資源及未來產(chǎn)出利益分配上形成統(tǒng)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(fā)提供硬件配套支持。高端光器件的研發(fā)離不開最先進的工藝設(shè)備，目前國內(nèi)工藝設(shè)備比較分散，需要整合成完整的工藝鏈，統(tǒng)一管理，避免重復(fù)建設(shè)，發(fā)揮工藝設(shè)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(chǎn)權(quán)的器件設(shè)計和工藝技術(shù)，才能突破國外對高端器件和芯片的壟斷。

《通信世界》國內(nèi)的光子器件與集成企業(yè)應(yīng)如何把握轉(zhuǎn)型期？

周林杰：國內(nèi)的光子器件與集成企業(yè)應(yīng)該把握現(xiàn)在科研產(chǎn)業(yè)化的良好機遇，為產(chǎn)業(yè)升級做準(zhǔn)備。

首先，應(yīng)加強與高校和科研院所的密切聯(lián)系和合作。高校和科研院所進行的科研領(lǐng)先于企業(yè)發(fā)展，通常是國際上最先進、最前沿的技術(shù)，企業(yè)應(yīng)加強溝通，尋找適合自己未來產(chǎn)業(yè)升級的技術(shù)，加強研發(fā)投入，使實驗室技術(shù)盡快孵化為可實用的創(chuàng)新產(chǎn)品。

其次，需大力吸納優(yōu)秀科研人員，為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和新技術(shù)開發(fā)儲備人才。光子器件科研產(chǎn)業(yè)化除了需要高校和科研院配合和扶持外，企業(yè)本身也需要專職人才隊伍，吸收最新科研成果，保證產(chǎn)品的技術(shù)含量。

最后，應(yīng)從產(chǎn)品收益中分配固定經(jīng)費用于新科技產(chǎn)品的培育，做到產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的可持續(xù)性發(fā)展。