什么是硅光子技术？一文带你了解

什么是硅光子技术？

光具有波粒二象性，这意味着光可以表现得像波或粒子，并且这种行为是可以操纵的。 “光学”一词是指对光的研究，一般指人眼可见的光，例如汽车头灯发出的光、放大镜等透镜反射的光等。“光子学”一词是指到在更小尺度（小于几微米）反射或操纵光的系统。集成光子学是指利用半导体技术通过晶圆制造光子系统。

换句话说，#硅光子学#是一个基于材料的平台，允许开发人员使用绝缘体上硅（SOI）晶圆作为半导体衬底材料来制造光子集成电路（PIC）。这个技术现在很流行，从技术角度来说也比较实用。

最初，集成光子技术主要应用于电信和长距离数据通信应用，并采用石英玻璃、铌酸锂或磷化铟等掺杂材料作为表面材料。然而，绝大多数半导体行业通常使用硅作为制造集成 CMOS 电路的主要材料，以实现高产量和低成本。

由于光子学的物理特性，它非常适合在成熟的 CMOS 工艺节点上采用，用于光子器件和电路的设计和制造。如今，硅光子学已开始使用成熟的 CMOS 工艺制造和设计生态系统构建集成光子系统，该生态系统已被证明具有非常高的规模经济。

硅光子学的主要优点

现在硅光子行业可以在晶圆上高效地制造 PIC，PIC 的主要优势之一是它们能够实现、扩展和增加数据传输。传统的长距离连接是通过铜互连，但面对不断增加的带宽和能源需求，铜互连的效果正在逐渐接近极限。如今的数据中心已经开始使用光来连接，因此在网络架构中可以实现更多的短距离连接。将光学器件连接得更靠近接口 ASIC 是最新趋势，从可插拔光收发器转向与接口采用同一封装的光 I/O 芯片。这样做可以缩短高速 SerDes 链路的距离，从而降低 I/O 的整体功耗。

硅光子学应用

除了数据中心之外，硅光子还可用于光学传感等传感应用，以帮助表征周围环境、信号传输以及反射或传输的光信号。这种传感活动对于健康和生物医学领域的发展也很有用，例如诊断和分析、消费者健康可穿戴应用以及用于工业自动化和自动驾驶的激光雷达。

固态激光雷达芯片在自动驾驶汽车和工业自动化领域越来越受欢迎。 LiDAR 不使用射频信号，而是使用从表面反射的光来分析和传达关键路况，并提供有关车辆应如何响应的信息（例如，物体移动的方向、可能存在障碍物的位置等）。当然，在设计任何与汽车相关的产品时，必须考虑安全法规。

为了实现激光雷达的广泛和大规模的消费应用，一些智能手机中引入了增强和虚拟现实技术。因此，硅光子技术的另一个潜在的大规模应用是通过智能手表和植入式医疗设备等可穿戴设备来测量人体健康状况，包括心率、血氧饱和度和水合水平。

转向集成激光器

与电路中的电压源一样，激光器是硅光子电路的光源。目前，由于硅材料的间接带隙，我们无法制造光源（或激光器）。这就是为什么使用磷化铟等材料来制造波长适合电信和数据通信的半导体激光器。

OpenLight 等公司已开发出将磷化铟集成到硅光子芯片中的技术，以创建驱动光子电路的集成激光器、调制器和探测器。此外，可以在同一系统中使用波长略有不同的多个激光器，从而进一步扩展功能。此前，开发人员担心混合连接激光芯片的可靠性，但集成激光器解决了这一问题，提高了可靠性，并使开发人员能够开发需要多个激光器或放大横截面的应用。此外，热问题也不容低估，因为激光器会产生热量，在设计电路和封装时需要考虑到这一点。

硅光子技术将带来巨大的技术和经济价值。目前，硅光子产业刚刚起步。光接口（I/O）距离核心芯片越近（通过2.5D/3D异构集成实现），通信成本就越便宜，因此硅光子技术非常适合高性能计算和人工智能应用。无论硅光子学的未来如何，新思科技都将继续在该领域进行投资和创新。