问题描述
类似于大规模集成电路对于整个信息产业的基础性作用，大规模集成光芯片也是未来信息领域的核心支撑技术，是光芯片发展的巅峰，在信息与通讯、国防安全、能源、健康医疗等多种领域具有深远的市场和战略意义。大规模光集成光仍面临巨大挑战，无论世界上第一个实现规模商用集成光芯片的美国Infinera公司还是硅光集成技术领导者之一—美国Intel公司，其产品的集成度非常有限。至今全球还没有具有可大规模量产的集成光源的大规模集成光芯片产品，对于我们是一个难得的历史机遇和机会。大规模集成光芯片一般是并行集成光芯片，需要对波长精准控制。虽然集成光芯片中的单元器件比现有集成电路的集成晶体管大的多，但要满足常规标准1nm以下的波长控制精度时，加工则要达到亚纳米级精度，当前传统加工工艺难以在量产情况下保证！如果对波长光响应结构进行精准调控难以实现，成品率将呈指数级下降，实用化大规模并行集成光芯片的实现就存在巨大障碍。
要实现高性能、大规模并行集成光芯片，对波长光响应结构的精度要求极高，当前最先进的加工工艺也无法满足量产要求。因此如何设计和制作能够实现精准波长光响应的集成光结构成为实现未来大规模集成光芯片的关键之一，必须要解决好，对于中国如此，对于全球光芯片的未来发展亦如此。而国外由于传统技术限制，在精准光子集成上并没有深入研究，也没有成熟解决思路和方法。“精准”代表了一种先进竞争力，如精准医学、精准农业，因此研究面向未来大规模集成光芯片的精准光子集成，不仅符合光芯片自身的发展规律，具有在集成光器件上实现让“世界享受中国带来的核心产业成果”较大可能性。更是在复杂国际形势下发展自主优势光芯片产业链的历史机会。问题背景
实现高性能大规模集成光芯片面临挑战。当前实用化集成光芯片的材料平台主要两种，一是化合物半导体，二是硅基材料。其他集成材料，如高分子聚合物和薄膜铌酸锂等，非常有前景，但是离规模实用化还有明显的距离。从化合物半导体来说，虽然化合物半导体可以实现从激光器、调制器、探测器和无源器件等几乎所有的光子器件，但是依然面临有源无源材料单片集成工艺成熟度低、工艺难度大等问题，要在化合物半导体上实现大规模光子集成难度极大，至今无良好的解决方案。从硅基集成来说，硅光集成可以依赖工艺成熟度极高的CMOS工艺来实现大规模集成光芯片，但面向实际应用，硅还不能高效发光，无法在硅上单片集成。而采用把有源化合物半导体和硅异质材料键合的方法实现光的放大，从Intel、欧洲IMEC/根特大学等这些顶级硅光公司和研究机构推出的产品或者发表的成果来看，实现实用化大规模硅光光源集成还远没有成熟，技术和工艺挑战依然巨大。
最新进展（截止问题发布年度）
硅光集成因为可以和微电子的CMOS工艺兼容而被认为是实现大规模光子集成的最佳技术。在光芯片中，要实现大量光的传输和处理，必须要集成大量的光源，光源对于光芯片来说，相当于大飞机的发动机/引擎，不可或缺。但是由上所述，因为至今无成熟的硅光光源，硅基大规模光子集成的实用化在传统思路下至今遥遥无期，像美国这样的先进国家和Intel这样优秀的半导体公司，至今也无能为力。另一方面，即使能够集成了大规模光源，但是光芯片基本都是谐振器件，对于光波长敏感，如果大规模集成的光源其各个波长无法精准实现，混乱的波长将使大规模集成光源也无法正常工作，在此基础上的大规模光子集成芯片成品率随集成度提高而急剧下降，直到几近为零，无法实用化。能精准控制光波长的光源集成技术属于精准光子集成范畴。近年，南京大学发展出了基于重构等效啁啾(Reconstruction-Equivalent-Chirp，REC)技术的集成激光器阵列（集成光源）制造新方法，其制造和传统技术完全不同，不需要进口的高端电子束曝光设备，仅需普通微米级光刻（完全可以采用国产设备）就可实现大规模低成本精准集成激光器阵列，波长精准度理论比传统可以好2个数量级，成果是2018年国家技术发明奖二等奖的重要内容之一。为此南京大学相关课题组在世界上第一次明确提出精准光子集成的概念，2019年获得科技部“变革性技术关键科学问题”国家重点研发计划的支持。基于精准光子集成，完全在国内最普通激光器芯片平台上，实现面向5G等应用的可量产的25Gbps低成本可调谐激光器标准模块样品。至今全球没有一家公司能提供面向5G的低成本可调谐激光器成熟产品！
重要意义
光芯片被认为是全球市场规模4.7万美元IT/通讯产业的核心使能技术的关键。大规模光子集成是光子技术的巅峰，就如大规模集成电路是电子技术的巅峰。5G/后5G/6G、人工智能、大数据等必然依赖大规模集成电路和大规模集成光芯片的双芯支撑。光芯片和集成电路一样受制于高端设备、材料和工艺，都是“卡脖子”所在。但是大规模集成光芯片和大规模集成电路发展情况明显不同，突破“卡脖子”瓶颈的方法可以不同。除了模仿国外先进的已经实现的技术思路，努力做好“卡脖子“高端光芯片外。另外一种方法就是独辟蹊径，走国外不同的原创思路来实现“卡脖子”瓶颈的突破，甚至实现“0”到“1”的更大突破。面向大规模集成光芯片的精准光子集成就是这样一个原创思路。
大规模集成光芯片具有颠覆未来网络、大数据（如高速宽带传输和交换）和人工智能（如激光雷达）的潜力，面向大规模集成光芯片的精准光子集成为重要核心竞争力之一的中国思路不仅可以推动中国光芯片的发展，对培养面向光通信网络的集成电路和相关网络设备产业链也有极大的支撑作用。总之，在“卡脖子“高端光芯片上，一方面在传统技术和产业上努力跟踪追赶，另一方面更要在大规模光子集成上另辟蹊径，集中和发挥中国优势力量，引导光芯片未来发展潮流。
