集成光學(xué)近年來發(fā)展迅速，它在努力讓光電子器件變得更小、更高效、更強(qiáng)大，試圖在各種芯片上用光子代替電子進(jìn)行信息處理與傳輸。本文結(jié)合最新的研究進(jìn)展，從幾個(gè)關(guān)鍵方面介紹一下：

一、核心器件性能提升

集成光學(xué)的核心是高性能光源、調(diào)制器、探測器等基礎(chǔ)元件的微型化和集成化。

更先進(jìn)的光源：浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)成功研制了全球首個(gè)電驅(qū)動(dòng)鈣鈦礦激光器。這種激光器不僅功耗低（激光閾值比最好的電驅(qū)動(dòng)有機(jī)激光器低一個(gè)數(shù)量級(jí)），穩(wěn)定性好，還能實(shí)現(xiàn)36.2兆赫茲的帶寬快速調(diào)制，為集成光子芯片和可穿戴設(shè)備提供了理想的相干光源。耶魯大學(xué)團(tuán)隊(duì)則另辟蹊徑，通過將 法布里-珀羅（FP）微腔 與光子集成電路集成，創(chuàng)造了超低相位噪聲性能新紀(jì)錄的集成激光器，極大提升了精密計(jì)量、量子計(jì)算等應(yīng)用的頻率穩(wěn)定性和抗干擾能力。光迅科技也開發(fā)了 “集成式波長可調(diào)諧混沌半導(dǎo)體激光器” ，通過單片集成簡化工藝，能輸出穩(wěn)定的可調(diào)諧混沌激光。

更高效的調(diào)制與轉(zhuǎn)換：哈佛大學(xué)和北京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用薄膜鈮酸鋰平臺(tái)，構(gòu)建了一種新型電光數(shù)字-模擬鏈路（EO-DiAL）。它無需外部數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器（DAC），就能直接將數(shù)字電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬光信號(hào)，轉(zhuǎn)換速率高達(dá)186 Gb/s，且能效非常突出。

二、系統(tǒng)級(jí)集成與新材料平臺(tái)

單一器件性能提升后，如何將它們高密度、低損耗地集成到同一芯片上是關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

異質(zhì)集成技術(shù)：Synopsys子公司OpenLight在A輪融資中獲得了3400萬美元，其核心技術(shù)是基于磷化銦（InP）和硅光子學(xué)的異構(gòu)集成工藝設(shè)計(jì)套件（PDK）。這套PDK提供了包括集成激光器、調(diào)制器、放大器、探測器在內(nèi)的豐富組件庫，使得在單一芯片上集成更多功能成為可能，并通過了Tower Semiconductor的驗(yàn)證，具備量產(chǎn)能力。該技術(shù)旨在滿足AI數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)對(duì)高速、高能效數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠惹行枨蟆?/p>

新材料探索：鈣鈦礦作為一種新興的半導(dǎo)體激光材料，其電驅(qū)動(dòng)激光器的成功研制展示了它在集成光子學(xué)領(lǐng)域的潛力。

三、前沿應(yīng)用領(lǐng)域拓展

隨著器件和集成技術(shù)的進(jìn)步，集成光學(xué)的應(yīng)用場景也在不斷拓寬和深化。

量子信息處理：加拿大Xanadu團(tuán)隊(duì)在《Nature》發(fā)表成果，利用定制化多層氮化硅（SiN）晶圓平臺(tái)，開發(fā)出超低損耗集成光子芯片，首次實(shí)現(xiàn)了光學(xué)GKP（Gottesman-Kitaev-Preskill）量子比特的集成化生成。這是構(gòu)建未來規(guī)模化光子量子計(jì)算機(jī)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

高性能傳感與成像：中國科大劉駿秋團(tuán)隊(duì)與合作者成功研制出一種新型可見光矢量光譜分析儀。它能對(duì)可見光波段（518–541nm及766–795 nm）的集成光學(xué)器件進(jìn)行高精度、寬帶寬（頻率分辨率達(dá)161kHz）、矢量化的光譜測量，為芯片級(jí)光學(xué)原子鐘的實(shí)現(xiàn)提供了關(guān)鍵支撐，并有望推動(dòng)高精度頻率計(jì)量技術(shù)在導(dǎo)航、測繪等領(lǐng)域的應(yīng)用。

AR/VR與真三維顯示：在近眼顯示領(lǐng)域，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合納米壓印技術(shù)制備的大面積超構(gòu)透鏡陣列（Metalens） 和新型實(shí)時(shí)渲染算法，構(gòu)建了可用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）的集成成像（II）近眼3D顯示原型。這種技術(shù)能提供真實(shí)的運(yùn)動(dòng)視差和單眼聚焦線索，有效緩解視覺疲勞，有望為未來VR/AR帶來更逼真的視覺體驗(yàn)。

超構(gòu)表面多功能集成：復(fù)旦大學(xué)周磊教授團(tuán)隊(duì)基于相干波干涉原理，利用超構(gòu)表面（Metasurface）開發(fā)了一種新型光學(xué)集成器件平臺(tái)。通過連續(xù)改變?nèi)肷涔獾钠�振態(tài)，單個(gè)超構(gòu)表面器件就能實(shí)現(xiàn)多種甚至理論上無窮多種不同的光場調(diào)制功能，為集成光子學(xué)的發(fā)展提供了新思路。

四、集成光學(xué)部分研究進(jìn)展概覽

下面用一個(gè)表格幫你快速了解集成光學(xué)在一些重點(diǎn)方向上的研究進(jìn)展：

五、總結(jié)與展望

總體來看，集成光學(xué)目前的研究呈現(xiàn)出幾個(gè)鮮明特點(diǎn)：從單一器件創(chuàng)新向系統(tǒng)級(jí)集成邁進(jìn)；新材料（如鈣鈦礦、薄膜鈮酸鋰）和新原理（如相干波干涉、異質(zhì)集成）不斷涌現(xiàn)；與量子計(jì)算、人工智能、AR/VR等前沿領(lǐng)域的結(jié)合越來越緊密。

未來的發(fā)展可能會(huì)集中在以下幾個(gè)方面：

1.繼續(xù)提升器件的性能指標(biāo)，如降低損耗、提高效率、擴(kuò)大帶寬、縮小尺寸等。

2.發(fā)展更先進(jìn)、更經(jīng)濟(jì)的集成工藝和封裝技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模、更復(fù)雜的功能集成。

3.探索更多樣的材料體系和異質(zhì)集成方案，取長補(bǔ)短。

4.開拓新的應(yīng)用場景，并解決在實(shí)際應(yīng)用中遇到的工程問題。

希望以上信息能幫助你了解集成光學(xué)的最新進(jìn)展。如果你對(duì)某個(gè)特定方向或應(yīng)用更感興趣，我們可以進(jìn)行更深入的探討。