美国桑迪亚国家实验室将微型光学器件集成在硅微芯片上！这种方法使桑迪亚国家实验室能够构建高带宽、高速光学器件，包括磷化铟激光器、铌酸锂调制器、锗探测器和低损耗声光隔离器——这些都是高功率光学系统的关键部件。

　　在硅上制造激光器是一项具有挑战性的壮举，桑迪亚国家实验室认为这可能会扩大美国在半导体技术方面的领导地位。例如其他机构或组织，包括加州大学圣巴巴拉分校和英特尔公司，也制造了类似的激光器，但桑迪亚已经扩大了可集成设备的类别。这是第一次，这些设备可以在光学硅微芯片上一起工作，也称为光子集成电路。目前激光现在正与其他微型光学设备相结合，使自动驾驶汽车更安全，数据中心更高效，生物传感器更便携，雷达和其他防御技术更通用。

　　实验晶圆片——在桑迪亚国家实验室中，一千多个实验激光器和放大器“装饰”着一个三英寸的镀金硅晶圆片。

　　这种方法使桑迪亚国家实验室能够构建高带宽、高速光学器件，包括磷化铟激光器、铌酸锂调制器、锗探测器和低损耗声光隔离器——这些都是高功率光学系统的关键部件。

集成硅是迈向未来生产的关键一步

　　硅是半导体工业的命脉，也是制造计算机芯片的重要材料。然而，就其本身而言，它是一种制造激光器的糟糕材料。研究人员面临的挑战是设计一种方法，使由多种材料制成的光学元件在硅微芯片上共存。

　　这些材料不能简单地粘在一起，所以研究人员将它们与硅融合成复杂的层，这一过程也被称为异质集成。

　　桑迪亚研究小组成功地展示了异质集成技术来制造混合硅器件:由磷化铟和硅制成的混合激光器和放大器，以及由铌酸锂和硅制成的类似调制器，它们在激光产生的光中编码信息。

　　此外，在同一平台下，高功率和高速锗探测器也被开发出来用来跟上激光器和调制器的发展。

　　表征激光-桑迪亚科学家在显微镜下将光纤与芯片级的非均匀集成激光器对齐。

　　虽然桑迪亚研究小组成功取得的研究进展，但他们表示，在光子芯片开始下线之前，他们还需要与行业合作伙伴进一步完善他们的方法。在未来的研究中，桑迪亚研究小组希望将激光与其他光学元件结合到一个芯片上。

　　桑迪亚国家实验室建立芯片级激光器的目标是将该技术转化为工业。该团队使用了许多与商业半导体工厂相同的工具，激光器产生的光波长通常用于电信行业，称为C波段和O波段。

　　桑迪亚研究小组称，一旦他们在国家实验室展示了这个光子平台，他们就可以把这项技术传递给美国公司，在美国公司他们可以专注于商业化更大规模的生产。

　　桑迪亚国家实验室也在投资光学微芯片，因为它们比传统芯片传输更多的信息。但桑迪亚研究小组称，制造方面的挑战阻碍了它们的广泛采用。尽管这项技术在科学界众所周知，但在大多数微芯片上，电子技术仍然占主导地位。

　　凭借构建光子电路的平台，桑迪亚国家实验室已经将自己定位为支持行业和其他机构在未来几年进行光子学研究和开发的引领者。但桑迪亚国家实验室的研究目前没有得到CHIPS法案的资助。桑迪亚国家实验室希望其他国家合作，共同开发新技术。

　　美国总统拜登在2022年签署了《芯片与科学法案》(CHIPS and Science Act)，这是一项无党派的法案，为半导体行业提供了527亿美元的激励。虽然这项立法预计会增加美国制造的计算机芯片的产量，但它也会为光子半导体提供资金。

　　众所周知，《芯片与科学法案》美其名曰是一项美国产业拨款和补贴的政策，实质上是打压中国半导体产业的发展。法案明确限制相关企业在中国的建投或扩建先进制造晶圆厂，极大程度阻碍中国半导体产业发展，美国企图通过《芯片与科学法案》将中国半导体产业“边缘化”的做法，无疑是“霸权行为”。

　　《芯片与科学法案》对中国的影响，短期导致产能供应不安全、产能扩张滞后、技术研发受制；而长期则是将中国企业排除在技术标准领域之外，失去了制定标准的机会。

　　这只会刺激加速我国国产化替代进程，倒逼中国发展芯片产业。中国正在重建一个国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，这将是未来中国半导体产业最强健的根基。