光子调制器和集成光子学的未来

尽管硅光子调制器作为一项成熟技术已经存在了几十年，但它仍面临着来自业界和学术界专家的严格审查。在最近的一次社论访谈中，专家们强调有必要探索传统平台之外的替代方案。讨论围绕创新调制器材料和配置展开，这些材料和配置可以满足数据中心、人工智能、量子信息处理和激光雷达等领域的新兴应用。专家们还概述了这一领域面临的挑战。

光学和光子调制器是技术先进的设备，能够根据输入信号操纵光的特性，如功率和相位。几十年来，科学家们研究并开发了硅光子调制器，其应用领域十分广泛，包括光数据通信、传感、生物医学技术、汽车系统、天文学、航空航天和人工智能（AI）。

然而，这些调制器面临着带宽限制和运行稳健性问题，这些问题源于硅的基本特性和其他实际限制因素，业界和学术界的顶尖专家小组在最近的一次社论访谈中强调了这一点。

这篇题为 “光调制的未来”的访谈发表在《电气和电子工程师学会量子电子学选题期刊》（IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics）上。采访的专家包括Di Liang教授，他在加州大学圣芭芭拉分校、惠普实验室和阿里巴巴云计算公司从事硅光子学（SiPh）和异构光子集成的研究和产品开发超过 17 年，目前在密歇根大学工作。

密歇根大学专门从事铌酸锂（LiNbO3）器件和硅光子学研究的资深研究员徐孟岳博士、现任思科公司杰出工程师、曾在 Acacia 工作过的Long Chen博士、英特尔实验室高级首席工程师兼研发经理Haisheng Rong博士以及 Sun Microsystems 和 Arista Networks 的联合创始人 Andreas Bechtolsheim 博士等其他一些著名专家也接受了采访。

专家小组强调了超越传统平台（如体硅、磷化铟和传统氧化铌锂）的必要性。他们指出，所用材料、制造工艺和光子集成电路设计的多样性是这一领域创新的关键驱动力。这种转变正在推动激动人心的新型调制器材料、配置和集成技术的发展，包括薄膜氧化铌锂、III-V 外部调制激光器、基于钛酸钡 (BTO) 的薄膜调制器和垂直金属氧化物半导体电容器 (MOSCAP) 结构。

这些新发展有望对众多新兴的下一代应用产生重大影响，如数据中心、人工智能、量子信息处理、增强现实/虚拟现实、神经形态计算、频率调制连续波激光雷达、微波光子学以及计量学和光谱学。值得注意的是，薄膜铌酸锂调制器有望在超导电路中实现量子-经典接口。

专家小组还指出了一些必须应对的挑战，包括技术瓶颈、生产成本高、器件不均匀、时间投入大、缺乏标准化程序等。要克服这些问题，就必须开发全面的协同设计能力和平台，这就需要光子和电子芯片设计人员、供应商、代工厂以及封装和测试服务提供商之间开展合作。

Liang教授在分享他的想法时说：“人工智能的空前发展和当前的全球地缘政治局势，导致全球各主要经济区的政府、行业和私营部门都在增加对半导体技术的投资。这为学术界和产业界之间的合作提供了更多的资助机会。通过克服这些部门之间的技术和利益障碍，让年轻人做好迎接未来挑战的准备，我们可以确保创新源源不断，推动技术向前发展。”

总之，业界和学术界的专家们对光子设备的未来充满期待，先进的光学调制器和集成技术将为这一领域带来革命性的变化。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1109/JSTQE.2024.3448914