●是一种在硅基平台上集成光电子学和微电子学的新技术。
●表现优异，为芯片研发“变道超车”带来希望
●其发展方兴未艾，军事应用潜力巨大，前景十分广阔。
晶体管被誉为“20世纪最伟大的发明”。它为集成电路、计算机、互联网等的出现奠定了基础。，从而迅速将人类社会带入信息时代。
如今，以集成电路为核心的微电子产品广泛应用于人们的生产生活中，渗透到各个领域，几乎改变了整个世界。
作为一种复杂的集成电路，芯片自20世纪50年代末发明以来，一直遵循摩尔定律，即每18个月性能翻倍。到现在，它的集成度提高了5000多万倍，特征尺寸缩小到一根头发直径的万分之一。它的集成和加工制造受到了严重的限制，尺寸缩小几乎到了极限。摩尔定律面临失败的困境。在这种情况下，人们渴望有一种新的技术来打开半导体行业的新局面。
可以说“路有尽头才会有路”。如今，一种以光子和电子为信息载体的硅基光电子技术正在兴起。该技术生产的硅光芯片被视为“后摩尔定律”时代的新宠，为半导体芯片带来“变道超车”的希望，受到科技界的广泛关注。
光电优势互补，硅光芯片迎来曙光。
在半导体领域，微电子器件的进一步小型化使得集成电路的互连延迟和能耗成为高速集成电路不可逾越的障碍。此时，科学家们想到了另一个办法。
与电子相比，光子作为信息载体有着独特的优势:光子没有静态质量，光子之间的干涉相对较弱，不同波长的光可以进行多路同时通信，使其带宽更大，速度更高。
然后用光子代替电子，用光操作代替电操作，问题就解决了。理想很丰满，现实却很骨感。曾经被科学家寄予厚望的光子芯片，在现实中是行不通的。因为现阶段很难制造出光子芯片的纳米级光学器件，而且光的集成度也达不到现有微电子集成电路的水平。
这并没有阻止科学家探索创新的步伐。他们想到，既然电子和光子各有利弊，那么两者结合会不会有意想不到的效果？科学家通过研究发现，光子作为信息传输的载体，具有稳定可控的调制和复用维度，更大的带宽，更高的频谱利用率和通信能力。
更重要的是，基于微电子学中先进成熟的互补金属氧化物半导体技术，在传统硅片上集成光电子器件并不是太难的事情，而且可以在不减小器件尺寸的情况下大幅提升芯片性能。因此，在传统硅片中加入光子来传输数据是一个很有前景的研究和应用方向。
早在1985年，被称为“硅基光电子学之父”的Richard Soref首先提出并验证了单晶硅作为通信波长的波导材料。这意味着光子被成功地“捕获”在硅平台上，光子器件被集成在硅片上。
随着新世纪硅光相干收发机、硅光收发模块、微波光子链路等光子器件的出现，硅基光电子技术进入了系统应用阶段。在不久的将来，大规模光电集成芯片上的可重构系统将成为现实，硅基光电技术将进入自动化和集成化的新阶段，硅基光电芯片将迎来曙光。
这种将微电子和光电子结合起来，优势互补的硅基光电子技术，可以使微电子和光电子同时工作在原来的硅片上，优势互补，从而大大提高其性能。
如果把集光电子学和微电子学于一身的硅光芯片看作信息战的“军团”，那么在其纳米级的“战场空”上，光子、电子、光电器件等“士兵”将共同作战，在高速、驱动放大、读出等“友军”的积极配合下，精密的光电耦合封装技术将使其
硅芯片问世，性能卓越，价格非凡。
任何新技术的诞生都不可能一蹴而就。尽管硅基光电子技术取得了一系列技术突破，但由于光源、调控、光子器件发展等技术问题，目前仍处于“量少价高”阶段。，距离大规模市场应用还有很长的路要走。
面对目前芯片发展的“困境”，硅基光电子技术无疑是未来信息技术发展的一大趋势。作为“后摩尔定律”时代的颠覆性技术，它不仅具有微电子尺寸小、功耗低、成本低、集成度高的特点，还具有光电子多通道、宽带宽、高速、高密度的优势，并已表现出突出的性能。
-集成性强，易于集成。硅基光电子技术以大规模半导体制造工艺为平台，可以集成信息吞吐所需的各种光子、电子和光电子器件，包括光源、光波导、调制器、探测器和晶体管集成电路等。，从而实现光电子技术和微电子技术在一个小芯片上的高效集成。在量子通信、数据中心、智能驾驶、消费电子等对尺寸更敏感的领域，都有很大的应用空，将彻底改变人们未来的生活方式。
-宽带宽和高速度。大数据时代，数据中心的流量呈爆炸式增长，传统的铜线传输似乎捉襟见肘。硅基光电技术用光路代替了芯片之间的数据电路。光模块的宽带不仅可以降低能耗和发热，还可以实现大容量光互连，有效解决网络拥塞和延迟问题。同时，用激光束代替电子信号传输数据，可以实现高速数据传输。用户的数据中心之间、芯片与芯片之间、计算机设备之间、远程通信系统之间的信息传输和接收将变得快速而稳定。
-低能耗、低成本。由于硅基材料的高折射率和高光学限制的天然优势，光波导的宽度和弯曲半径可以分别减小到大约0.4微米和2微米，从而其集成密度相对更高。密度的增加带来芯片尺寸的减小，必然带来低成本、低功耗、小型化等独特优势。
未来，实现微电子器件和光电子器件大规模集成的硅光芯片，不仅可以有效解决传统硅芯片面临的技术瓶颈，还将为半导体产业带来新的发展机遇，推动信息技术迈上新台阶。
发展方兴未艾，军事应用前景广阔。
硅基光电子技术，这一目前引起国际关注的战略性前沿技术，方兴未艾，将在5G网络、生物医疗、量子信息、数据中心光互联等领域引起一场深刻的变革风暴。
在军事领域，硅基光电技术也显示出广阔的应用前景-
在军事通信中，硅基光电技术最大的优势在于传输速率高，可以使处理器核之间的数据传输速度快100倍甚至更高，可以为未来的信息联合作战提供高速、海量的数据支持。目前，400G硅光模块已在部分国家成功量产，其在数据中心光互连架构中的应用价值得到充分证明，可有效满足高速军事通信对超高传输速率、超低时延、超高稳定性、超低成本和低干扰的要求。
在军事传感中，基于硅光电技术的传感器具有探测灵敏度高、体积小、战场适应性强、成本低等优点。可用于下一代智能探测设备，优化和提升作战性能。激光雷达已经成为军事探测和侦察不可缺少的关键传感器。由于硅光芯片使用的SOI材料折射率差大，可以更强的束缚光线，其器件可以显著缩小。目前激光雷达普遍体积庞大，体积庞大。未来，带有硅基光电传感器的激光雷达将变得像邮票一样大，这将使军事探测和侦察目标更加精确和隐蔽。有资料显示，一些国家已经研制出基于硅基光学相控阵芯片的全固态激光雷达，具有集成度高、扫描速度快、体积小、成本低等优点，将成为下一代军用激光雷达的重要技术支撑。
在军用高性能计算中，能量消耗和信息读取速度是制约高性能计算发展的两大因素。与电路相比，光互连具有低损耗、低色散、无寄生现象等特点。它的性能和成本不会随着距离的增加而显著增加，可以大大提高计算机的并行处理能力和计算能力。采用硅基光电芯片的军用高性能计算机将在导弹弹道计算和核爆炸计算中发挥重要作用。
此外，硅基光电技术在军事医疗、军事侦察、军事情报等领域也显示出广阔的应用前景。目前在生物医学领域，已经开发出生物传感器芯片；在军事情报领域，硅光神经网络的建成和使用将对军事情报的发展起到“催化剂”的作用。
来源:解放军报
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