一、什么是光子集成技术

光子集成的概念类可以比于电子集成(集成电路技术)，其核心是将光学系统集成到一颗芯片上的技术体系。光子集成芯片可将光学系统的体积缩小上千倍、重量降低上千倍，被认为是未来信息产业发展的关键使能技术。

与集成电路的发展历程类似，光学和光子技术也经历了从分立元件到光学系统再到光子集成芯片的发展阶段。如图1.1所示。

图 1.1 光子集成技术概念和电子集成技术的异同

如果从电子管算起，集成电路技术已经发展了100余年，其发展阶段也分为，电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和现在的超大规模集成电路。当前的技术已经可以将数以亿计的基本单元集成在一颗芯片上。

相比于集成电路技术，光子集成技术的发展的历史要晚得多。从1969年第一次提出集成光学的概念算起，到目前为止仅有50多年。其发展阶段也远远落后于集成电路技术。如果做一个类比，当前光子集成技术仅仅处于集成电路-大规模集成电路之间的发展阶段。如图1.2所示。

图 1.2 光子集成芯片和集成电路的发展

本世纪之前，光子集成芯片技术发展较为缓慢，进入21世纪之后，随着Intel、IBM等芯片巨头开始投入到光子集成技术中，大力推动了这一领域尤其是硅基光子集成技术的快速发展，如图1.3所示。当前，光子集成技术已经逐渐成熟，并且开始在诸多领域取代原有的分立元件的光学系统。特别是在光纤通信、光学传感等领域，光子集成芯片已经在多个应用场景体现出了颠覆性的替代作用。

图1.3 本世纪前十年光子集成器件的突破

一个完整的光学系统通常应该包括光源、光信号调理器件、无源光器件、光电转换器三个部分。目前主流的光子集成芯片可以根据其材料体系分为介质材料光子集成体系、三五族光子集成体系、硅光子集成体系、铌酸锂光子集成体系等。不同的材料体系各有其优缺点。

三五族（砷化镓和磷化铟）材料的主要优点是材料可以发光和光电转换，因此可以实现光学系统全部功能，但缺点是价格昂贵，集成工艺水平落后，在损耗、稳定性等无源性能方面较差。

硅材料的主要优点在于可以利用成熟先进的集成电路半导体制程工艺制程，同时通过近20多年的发展，在除光源以外的三个功能器件领域均取得了长足进步。但是，在损耗、稳定性、工艺敏感度等方面较差。

介质材料一般指的是玻璃类的材料，这类材料的最大优点在于损耗较低，通常介质材料的损耗比硅或者三五族材料低1-3个数量级，稳定性好1个数量级，但是缺点在于既不能发光、也不能对光进行主动控制，因此只适合实现光学系统中的无源部分。

表2.1给出了这四种材料体系的比较。

表2.1 四种材料体系的比较

挚感光子是一家致力于将光子集成技术应用于光学传感领域的高科技公司。传统的多普勒测振仪需要使用声光移频器和昂贵的窄线宽激光器作为核心部件，不但尺寸较大，而且价格昂贵。挚感光子集成创新的光子集成技术架构体系，去除了昂贵的声光移频器，并且仅需要使用一般的单纵模半导体激光器，如图3.1所示。再加上光路部分大部分集成在了一颗芯片上，因此无论您从体积、功耗还是成本方面对比友商均有巨大的优势。

图 3.1 挚感光子的多普勒测振仪

此外，由于光子集成芯片技术的加持，挚感光子的测振传感器、位移传感器、绝对测距传感器等产品均建立在同一个硬件技术平台之上，我们只需要通过配置不同的固件和软件就可以实现不同的功能，大大降低了成本。如图3.2所示。

图 3.2 挚感光子从芯片到产品