一、光通信技術(shù)：從理論奠基到全場(chǎng)景滲透的技術(shù)演進(jìn)
    1966年，高錕博士提出的低損耗光纖理論，為光通信技術(shù)構(gòu)建了基礎(chǔ)物理框架。光纖通信憑借帶寬大、傳輸損耗低、通信距離長(zhǎng)、信息容量大及抗電磁干擾能力強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)，迅速取代銅線、無(wú)線等傳統(tǒng)傳輸介質(zhì)，成為數(shù)字通信領(lǐng)域的核心技術(shù)形態(tài)。
    20世紀(jì)90年代初，摻鉺光纖放大器（EDFA）與波分復(fù)用器（WDM）的發(fā)明，突破了長(zhǎng)距離高速傳輸?shù)募夹g(shù)瓶頸，使光通信系統(tǒng)的傳輸容量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。當(dāng)前，光通信技術(shù)已全面覆蓋廣域網(wǎng)（WANs）、城域網(wǎng)（MANs）、局域網(wǎng)（LANs）及接入網(wǎng)（ANs）等場(chǎng)景，光纖到戶（FTTH）技術(shù)亦在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；渴稹?br />     在人工智能、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，全球數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，預(yù)計(jì)至2025年將達(dá)到175Zettabyte。數(shù)據(jù)中心作為數(shù)據(jù)處理與交換的核心節(jié)點(diǎn)，對(duì)高速通信的需求日益迫切。然而，短距離通信中電互聯(lián)技術(shù)受限于物理極限（單通道電互聯(lián)速率＜25Gb/s），且功耗問(wèn)題顯著，以光互聯(lián)替代電互聯(lián)成為提升通信帶寬的必然選擇，數(shù)據(jù)中心光收發(fā)模塊正向800Gbit/s及以上速率的傳輸能力演進(jìn)。

    二、數(shù)據(jù)中心架構(gòu)：光通信技術(shù)的分層應(yīng)用體系
    數(shù)據(jù)中心葉脊架構(gòu)（Splineleaf）包含機(jī)柜層、Leaf層與Spline層三個(gè)層級(jí)，各層級(jí)對(duì)光通信的技術(shù)要求呈現(xiàn)差異化特征：
    機(jī)柜層：作為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的底層，主要承擔(dān)服務(wù)器互聯(lián)功能，通過(guò)頂層交換機(jī)（ToR）實(shí)現(xiàn)設(shè)備連接，傳輸帶寬需求為200G，通信距離覆蓋420米范圍。
    Leaf層：由葉交換機(jī)構(gòu)成，承擔(dān)承上啟下的關(guān)鍵作用，實(shí)現(xiàn)與ToR交換機(jī)及Spline交換機(jī)的互連，傳輸速率要求達(dá)800G，典型傳輸距離為100米（短距離，SR）。
    Spline層：作為數(shù)據(jù)中心的頂層架構(gòu)，一方面負(fù)責(zé)內(nèi)部SplineLeaf層互連，傳輸帶寬800G，傳輸距離2千米（長(zhǎng)距離，F(xiàn)R）；另一方面支撐數(shù)據(jù)中心間（DCI）互連，通信距離延伸至80120千米（超長(zhǎng)途，ZR），通常采用密集波分復(fù)用技術(shù)或相干光模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。

    三、光子集成芯片材料：多元技術(shù)路線與混合集成趨勢(shì)
    光子集成芯片（PICs）通過(guò)片上光學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成，結(jié)合CMOS兼容工藝，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)與成本控制。然而，材料體系的多樣性制約了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，當(dāng)前主流材料平臺(tái)的技術(shù)特性如下：
    硅光子（SiPh）平臺(tái)：以硅為波導(dǎo)芯層，憑借高折射率差實(shí)現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與CMOS工藝兼容，適合大規(guī)模集成。但受限于間接帶隙特性，無(wú)法集成光源與光放大器，且缺乏線性電光效應(yīng)，高速調(diào)制器與高效光電探測(cè)器的制備存在技術(shù)瓶頸。
    磷化銦（InP）平臺(tái)：作為直接帶隙半導(dǎo)體材料，可實(shí)現(xiàn)激光器、調(diào)制器、探測(cè)器及光放大器的單片集成。但波導(dǎo)折射率差小導(dǎo)致器件尺寸較大，且與CMOS工藝不兼容，制造成本較高，難以滿足大規(guī)模集成需求。
    鈮酸鋰（LiNiO?）平臺(tái)：基于線性電光效應(yīng)的調(diào)制器制備技術(shù)成熟，但傳統(tǒng)體材料結(jié)構(gòu)尺寸達(dá)厘米級(jí)，集成難度大。絕緣體上鈮酸鋰技術(shù)雖提升了集成度，但加工工藝復(fù)雜，成本居高不下。
    二氧化硅平面光波導(dǎo)（PLC）平臺(tái)：唯一實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的材料體系，具有極低傳輸損耗與高效光纖耦合能力，但熱光系數(shù)低且無(wú)電光效應(yīng)，功能調(diào)諧能力受限。
    聚合物平面光波導(dǎo)平臺(tái)：以SU8等聚合物為芯層材料，熱光系數(shù)適配低功耗器件設(shè)計(jì)，且具備材料可定制特性，在多功能集成（如電光調(diào)制、生物傳感）領(lǐng)域展現(xiàn)出潛力。
    鑒于單一材料平臺(tái)難以滿足全功能集成需求，混合集成技術(shù)成為突破瓶頸的重要解決方案，通過(guò)異質(zhì)材料鍵合實(shí)現(xiàn)光源、調(diào)制器、探測(cè)器等功能單元的協(xié)同優(yōu)化。

    四、硅光調(diào)制器制備：標(biāo)準(zhǔn)化工藝流與技術(shù)突破
    代工廠普遍提供多項(xiàng)目晶圓（MPW）、定制化開(kāi)發(fā)與批量生產(chǎn)三類服務(wù)模式。以新加坡AMF公司硅光子平臺(tái)為例，其工藝基于200mmCMOS標(biāo)準(zhǔn)流程，具體包括：
    襯底結(jié)構(gòu)：硅襯底厚度750μm，電阻率＞750Ω·cm；氧化物埋層（BOX）厚度3μm；頂層硅厚度220nm。
    刻蝕工藝：首次刻蝕70nm形成光柵耦合器結(jié)構(gòu)，二次刻蝕60nm制備90nm厚度的脊波導(dǎo)平板。
    離子注入：依次完成P++、N++、P+、N+、P、N區(qū)域的離子注入，其中P型摻雜采用硼元素，N型摻雜采用磷元素。
    金屬互連：通過(guò)通孔（Via1/2）與金屬層（Metal1/2）實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，其中Via1高度600nm，Metal1厚度750nm；Via2高度1310nm，Metal2厚度2000nm，材料均為鋁。
    所制備的硅基電光調(diào)制器（如DDMZM、SPPMZM）采用2mm長(zhǎng)度調(diào)制臂與非對(duì)稱MZM結(jié)構(gòu)，行波電極末端集成35Ω鈦nitride（TiN）匹配電阻，后續(xù)可通過(guò)對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化波長(zhǎng)敏感性。

    五、硅光技術(shù)封裝：三維集成架構(gòu)與CPO技術(shù)展望
    面對(duì)二維集成的規(guī)模限制，三維光子集成技術(shù)通過(guò)光通孔（TSOV）實(shí)現(xiàn)多層芯片互連，相較于層內(nèi)波導(dǎo)交叉，層間光學(xué)隔離可顯著降低傳輸損耗與串?dāng)_。典型案例為220nmSOI光芯片與65nmCMOS電芯片的晶圓鍵合工藝，通過(guò)分工藝流制備與異質(zhì)集成，降低了單片工藝復(fù)雜度，提升了生產(chǎn)效率與成本效益。
    在超高速通信場(chǎng)景下，基于板載光學(xué)（OBO）的可插拔光模塊面臨1.6T后的技術(shù)瓶頸，共封裝光學(xué)（CPO）技術(shù)成為破局關(guān)鍵。該技術(shù)通過(guò)中介層（Interposer）實(shí)現(xiàn)交換芯片（ASIC）與光子引擎的協(xié)同封裝，大幅縮短信號(hào)鏈路長(zhǎng)度，降低傳輸損耗。隨著3D集成技術(shù)與異構(gòu)封裝工藝的成熟，CPO技術(shù)將在提升通信帶寬密度、優(yōu)化能量效率等方面發(fā)揮核心作用，成為下一代數(shù)據(jù)中心通信架構(gòu)的核心支撐技術(shù)。
    硅光通信芯片共封裝技術(shù)通過(guò)材料創(chuàng)新、工藝優(yōu)化與架構(gòu)革新，構(gòu)建了數(shù)據(jù)中心高速通信的技術(shù)體系。隨著混合集成、三維封裝等技術(shù)的持續(xù)突破，該技術(shù)將進(jìn)一步推動(dòng)信息基礎(chǔ)設(shè)施向高帶寬、低功耗、高密度集成方向演進(jìn)，為全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。