摘要：在“后摩尔时代”，电子芯片在计算速度和功耗方面遇到极大的挑战，而具有高速率、大带宽、低功耗以及高密度集成等优势的光子集成芯片可突破传统集成电路物理极限上的瓶颈，满足新一代信息技术革命中人工智能、万物互联、云计算等领域对高速率、大容量信息获取、传输、计算、存储和
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在“后摩尔时代”，电子芯片在计算速度和功耗方面遇到极大的挑战，而具有高速率、大带宽、低功耗以及高密度集成等优势的光子集成芯片可突破传统集成电路物理极限上的瓶颈，满足新一代信息技术革命中人工智能、万物互联、云计算等领域对高速率、大容量信息获取、传输、计算、存储和显示的迫切需求。
《激光与光电子学进展》于2024年第19期（10月）推出创刊六十周年系列专题之“光子集成芯片”，中山大学李朝晖教授课题组发表“硫系光子集成芯片”，综述了基于硫系玻璃材料的光子集成芯片的优化制造及其应用的最新进展，被选为本期专题封面文章。
封面解读
硫系玻璃铸光网，开启探索新纪元。
超声光声绘万象，调制未来谱华章。
1、背景
随着信息技术的日新月异，光子集成芯片（PICs）正日益凸显其在通信、高性能计算、精密传感以及量子信息科学等多个前沿科技领域的核心地位。作为一种利用光子作为信息传输与处理载体的革命性技术，光子集成芯片相较于传统的电子芯片，展现出了显著的性能优势：处理速度更快，能够支持超高速数据传输与处理；信息失真程度更低，确保了数据传输的高保真度；且能耗更低，有助于实现高效节能的信息处理系统。
这些特性使得光子集成芯片被视为“后摩尔时代”信息技术发展的关键技术之一，为解决传统电子芯片面临的性能瓶颈与能耗限制提供了全新的解决方案，预示着信息技术领域的一场深刻变革。
2、发展现状
2.1 光子集成芯片的技术突破
光子集成芯片技术突破，推动片上光传感芯片从实验室迈向应用。它因高速、精密、多功能传感的需求而崛起，尤其在医疗、环境、工业、物联网领域潜力巨大。未来趋势是高集成度、低功耗、广应用。此机遇促使宽带宽、高效率、多功能柔性光子材料及芯片，如III-V族材料（氮化硅、铌酸锂、碳化硅、氮化铝、硫系玻璃）等的深入研发与量产。随着信息技术发展和高性能传感器需求增长，这类芯片有望替代传统技术，提供高效、高性能、集成化、小型化传感方案。
2.2 硫系光子集成芯片的研究进展
硫系玻璃集成光子器件因其独特的物理特性而备受关注。硫系玻璃（ChGs）的折射率可以在较宽的范围内灵活调节，且在光学信号处理中因其较大的光弹性系数、低传播损耗、宽透明度窗口以及与多种材料平台的良好兼容性而被广泛使用。
2.3 光子集成芯片的多材料体系
为了实现高性能的光子芯片，多材料体系可以实现一系列高性能器件的制造，包括高相干的激光器和光频梳、超低损耗的波导、超高非线性器件和高速调制器等。本文综述了基于光弹性效应的GeSbS集成器件的优化制造及其应用的最新进展，开发了一种改进的ChG波导制造工艺，与硅光子集成兼容，满足稳定、高重复率的制备工艺的需求，并展示了ChG集成器件在超声探测器、光声成像和声光(AO)调制器的应用。
3、总结与展望
光子集成芯片技术正处于一个迅猛发展的阶段，其在光通信、光计算、光传感等多个高科技领域的应用前景极为广阔。从技术层面的突破性进展到材料科学的创新、再到多材料体系的高效集成，光子集成芯片正稳步跨越当前的技术瓶颈与挑战，展现出在下一代信息技术中颠覆传统、引领变革的巨大潜力。
随着先进制造技术的持续演进和新型功能材料的不断涌现，光子集成芯片有望在高速通信、并行计算、高精度传感等关键信息技术领域发挥愈发核心而不可或缺的作用，为信息技术的未来发展开辟全新的路径与机遇。
课题组简介
广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室依托中山大学电子与信息工程学院和微电子科学与技术学院建立，是中山大学重点建设的省级平台，累积经费投入超6000万元，占地面积超1000平方米。该实验室以材料、光学、物理、通信学科为基础，重点开展硅基硫系材料、片上光芯片功能结构、器件制备、光信号处理、系统验证及前沿应用等方面的研究。现有师生人数超过60余人，拥有完整的曝光、薄膜生长、刻蚀、封装以及表征等各类设备和成熟的相应工艺。承担国家科技部、基金委、广东省等多项重点、重大项目，取得了一系列处于国际领先水平的成果，已在Nat. Commun.、Sci. Adv.、Adv. Funct. Mater、Laser & Photonics Rev. 等发表论文100余篇，获授权发明专利超60项。广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室将在超高速光互联领域展开器件-芯片-信息处理-系统架构-集成封装实现这一自下而上的从器件到系统的全链条研究，最终推动超大容量的数据中心互联及处理技术的实现，为我国信息技术的可持续高速发展提供战略性技术储备，推动并加速我省在全国乃至全球的信息领域的领导地位。
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来源：走进科技生活
