美國桑迪亞國家實驗室將微型光學器件集成在硅微芯片上！這種方法使桑迪亞國家實驗室能夠構建高帶寬、高速光學器件，包括磷化銦激光器、鈮酸鋰調制器、鍺探測器和低損耗聲光隔離器——這些都是高功率光學系統的關鍵部件。
在硅上制造激光器是一項具有挑戰性的壯舉，桑迪亞國家實驗室認為這可能會擴大美國在半導體技術方面的領導地位。例如其他機構或組織，包括加州大學圣巴巴拉分校和英特爾公司，也制造了類似的激光器，但桑迪亞已經擴大了可集成設備的類別。這是第一次，這些設備可以在光學硅微芯片上一起工作，也稱為光子集成電路。目前激光現在正與其他微型光學設備相結合，使自動駕駛汽車更安全，數據中心更高效，生物傳感器更便攜，雷達和其他防御技術更通用。
實驗晶圓片——在桑迪亞國家實驗室中，一千多個實驗激光器和放大器“裝飾”著一個三英寸的鍍金硅晶圓片。
這種方法使桑迪亞國家實驗室能夠構建高帶寬、高速光學器件，包括磷化銦激光器、鈮酸鋰調制器、鍺探測器和低損耗聲光隔離器——這些都是高功率光學系統的關鍵部件。
集成硅是邁向未來生產的關鍵一步
硅是半導體工業的命脈，也是制造計算機芯片的重要材料。然而，就其本身而言，它是一種制造激光器的糟糕材料。研究人員面臨的挑戰是設計一種方法，使由多種材料制成的光學元件在硅微芯片上共存。
這些材料不能簡單地粘在一起，所以研究人員將它們與硅融合成復雜的層，這一過程也被稱為異質集成。
桑迪亞研究小組成功地展示了異質集成技術來制造混合硅器件:由磷化銦和硅制成的混合激光器和放大器，以及由鈮酸鋰和硅制成的類似調制器，它們在激光產生的光中編碼信息。
此外，在同一平臺下，高功率和高速鍺探測器也被開發出來用來跟上激光器和調制器的發展。
表征激光-桑迪亞科學家在顯微鏡下將光纖與芯片級的非均勻集成激光器對齊。
雖然桑迪亞研究小組成功取得的研究進展，但他們表示，在光子芯片開始下線之前，他們還需要與行業合作伙伴進一步完善他們的方法。在未來的研究中，桑迪亞研究小組希望將激光與其他光學元件結合到一個芯片上。
桑迪亞國家實驗室建立芯片級激光器的目標是將該技術轉化為工業。該團隊使用了許多與商業半導體工廠相同的工具，激光器產生的光波長通常用于電信行業，稱為C波段和O波段。
桑迪亞研究小組稱，一旦他們在國家實驗室展示了這個光子平臺，他們就可以把這項技術傳遞給美國公司，在美國公司他們可以專注于商業化更大規模的生產。
桑迪亞國家實驗室也在投資光學微芯片，因為它們比傳統芯片傳輸更多的信息。但桑迪亞研究小組稱，制造方面的挑戰阻礙了它們的廣泛采用。盡管這項技術在科學界眾所周知，但在大多數微芯片上，電子技術仍然占主導地位。
憑借構建光子電路的平臺，桑迪亞國家實驗室已經將自己定位為支持行業和其他機構在未來幾年進行光子學研究和開發的引領者。但桑迪亞國家實驗室的研究目前沒有得到CHIPS法案的資助。桑迪亞國家實驗室希望其他國家合作，共同開發新技術。
美國總統拜登在2022年簽署了《芯片與科學法案》(CHIPS and Science Act)，這是一項無黨派的法案，為半導體行業提供了527億美元的激勵。雖然這項立法預計會增加美國制造的計算機芯片的產量，但它也會為光子半導體提供資金。
眾所周知，《芯片與科學法案》美其名曰是一項美國產業撥款和補貼的政策，實質上是打壓中國半導體產業的發展。法案明確限制相關企業在中國的建投或擴建先進制造晶圓廠，極大程度阻礙中國半導體產業發展，美國企圖通過《芯片與科學法案》將中國半導體產業“邊緣化”的做法，無疑是“霸權行為”。
《芯片與科學法案》對中國的影響，短期導致產能供應不安全、產能擴張滯后、技術研發受制；而長期則是將中國企業排除在技術標準領域之外，失去了制定標準的機會。
這只會刺激加速我國國產化替代進程，倒逼中國發展芯片產業。中國正在重建一個國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局，這將是未來中國半導體產業最強健的根基。
