上海交大周林杰：突破高端光器件需长期研发与投入

本刊记者|刁兴玲

上海交大周林杰：突破高端光器件需长期研发与投入

本刊记者|刁兴玲

周林杰

目前国内光子集成技术还处于小规模实验室研发阶段，在大规模集成芯片开发和产业化应用方面与发达国家还存在较大差距。另外，在光电子芯片制作方面，国内也还没有形成规模化，没有一个能打通上下游实现集成芯片设计、制备和测试的成熟研发平台。

随着网络升级压力的增加和绿色减排呼声的日益增强，运营商不仅需要以较低成本实现网络升级，而且需要付出更少的能耗代价。光子集成技术可以大幅度提高光网络系统可靠性，降低系统功耗，同时大大降低了系统成本，能满足未来网络带宽需求，光子集成电路技术的逐渐成熟必将引起光信息技术领域的又一次革命。那么，光子集成技术有哪些集成方式？

另外，目前单纯发展微电子技术、光子技术的弊端日益凸显，微电子技术、光子技术的紧密结合、相互渗透，必将推进信息技术进入新的发展阶段，那么，业界如何看待光电子集成技术的发展？

我国在高端光器件的发展一直落后于国际先进水平，如何突破高端光器件市场也需要尽快找到解决之策。针对这一系列问题，记者采访了上海交通大学电子工程系光纤技术研究所的周林杰博士，为读者答疑解惑。

光和电未来必会融合

《通信世界》光子集成技术是未来光器件的主流发展方向，近年来一直是业内关注和研究的焦点。光子集成技术有哪些集成方式？

周林杰：光子集成技术有不同的定义，广义而言，把不同功能、材料、软件、硬件、芯片、系统等整合在一起都可以叫做集成。从芯片集成角度来看，它可以是单片集成、混合集成、光电集成等。

单片集成是指在同一个芯片上实现某种功能和应用，比如在Si、SiO2、InP上制作不同的光子器件利用波导连接形成光子回路。

特定材料有本身的物理限制，只能实现某几类功能，因此有时候需要结合其他材料进行混合集成才能弥补它的不足。特别是要实现比较复杂的功能时。例如，硅波导器件尺寸小，适合做高密度无源和可调器件的集成，但硅本身在1550nm光通讯波段无法进行高效探测和发光，因此光源和探测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，这也是硅基光电子学中一个比较热门的研究方向。

集成技术还有另外一个重要趋势是光电集成。

《通信世界》您如何看待光电集成技术的发展？

周林杰：微电子和光子器件研究传统上在两条路上发展：微电子专门研究以电子为载体的信号处理，包括逻辑运算和存储等，这是微电子的强项；而光器件则研究以光为媒介的光信号产生、传输和接收等，在信息传输容量和速度方面，光信号具有电信号无可比拟的优势。

光和电未来势必将融合在一起，取长补短，既能发挥光的传输优势，也能发挥电的处理优势。一个光电集成的例子就是未来多核光互连芯片，多处理器并行运算大大提高了集成电路的性能，但同时处理器间的数据交换能力成为制约其性能进一步提升的瓶颈，采用光波导可以提供大容量、高速、低功耗互连，为解决这样的瓶颈提供了一个可靠的技术途径。

《通信世界》目前我国国内光子集成研究现状如何?

周林杰：近几年来通过各类国家项目的支持，国内光子集成取得了长足的进步，在多波长激光器阵列、光子收发、光交换和路由、光延迟和存储、全光信号处理、多维度光传输等方面都取得了重要进展。

然而，这些光子集成还处于小规模实验室研发阶段，在大规模集成芯片开发和产业化应用方面与发达国家还存在较大差距。另外，在光电子芯片制作方面，国内也还没有形成规模化，没有一个能打通上下游实现集成芯片设计、制备和测试的成熟研发平台。

光子集成发展并不是一朝一夕能完成的，需要长期研究积累、科研经费投入、软硬件环境改善、团结合作协同创新等的支持。

突破高端光器件并非一朝一夕之功

《通信世界》近些年来，光电器件的专业化程度在不断深化，目前，光器件的应用可大致分为哪些主要的领域？

周林杰：光电器件的应用主要在光通信、光互连、光子信息处理、光计算、微波信号处理、光传感、量子通信、纳米操控等多种领域。

《通信世界》据统计，我国的通信光电子器件产业规模已经占据全球份额的15%以上。但是，大多数器件都集中于中低端，在您看来，我国应如何突破高端光器件市场？

周林杰：高端光器件在技术含量方面比中低端器件更高，需要长期的研究积累和投入，才能引领世界领先的技术。

首先，亟需建立面向高端光器件和芯片的综合研发平台，该平台由政府、企业、研究所和大学共同建立，集中国内各优势单位，强强联合、资源共享。政府和企业提供研发资助，研究院所和大学研发核心技术和培养科研劳动力，在现有资源及未来产出利益分配上形成统一的资源和利益一体化。

其次，亟需建立先进工艺平台，为高端光器件研发提供硬件配套支持。高端光器件的研发离不开最先进的工艺设备，目前国内工艺设备比较分散，需要整合成完整的工艺链，统一管理，避免重复建设，发挥工艺设备效能的最大化。

最后，亟需加大高端器件方面的科研投入，掌握具有自主知识产权的器件设计和工艺技术，才能突破国外对高端器件和芯片的垄断。

《通信世界》国内的光子器件与集成企业应如何把握转型期？

周林杰：国内的光子器件与集成企业应该把握现在科研产业化的良好机遇，为产业升级做准备。

首先，应加强与高校和科研院所的密切联系和合作。高校和科研院所进行的科研领先于企业发展，通常是国际上最先进、最前沿的技术，企业应加强沟通，寻找适合自己未来产业升级的技术，加强研发投入，使实验室技术尽快孵化为可实用的创新产品。

其次，需大力吸纳优秀科研人员，为产业转型和新技术开发储备人才。光子器件科研产业化除了需要高校和科研院配合和扶持外，企业本身也需要专职人才队伍，吸收最新科研成果，保证产品的技术含量。

最后，应从产品收益中分配固定经费用于新科技产品的培育，做到产业创新的可持续性发展。