在全球數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)級增長的背景下，如何實現(xiàn)光子芯片與電子芯片在單一封裝內(nèi)的高效集成，已成為制約下一代計算與通信技術(shù)規(guī)?；l(fā)展的核心議題。麻省理工學(xué)院（MIT）材料科學(xué)與工程系ThomasLord講席教授、微光子學(xué)中心主任LionelKimerling指出：“在單一封裝內(nèi)達(dá)成光子學(xué)與電子學(xué)的集成，其戰(zhàn)略意義堪比21世紀(jì)的‘晶體管’技術(shù)。若無法攻克這一核心挑戰(zhàn)，該領(lǐng)域的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程將無從推進(jìn)。”為應(yīng)對此挑戰(zhàn)，MIT新組建了由美國國家科學(xué)基金會資助的FUTUR-IC研究團(tuán)隊，項目負(fù)責(zé)人、MIT材料研究實驗室首席研究科學(xué)家AnuAgarwal明確表示：“團(tuán)隊的核心目標(biāo)是構(gòu)建資源高效的微芯片產(chǎn)業(yè)價值鏈，為行業(yè)發(fā)展提供底層技術(shù)支撐。”

    近日，MITFUTUR-IC研究團(tuán)隊在光電芯片封裝領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，其研發(fā)的新型光電子共封裝方法，成功解決了當(dāng)前封裝工藝中的多項關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。該技術(shù)的顯著優(yōu)勢在于，所開發(fā)的共封裝設(shè)備可兼容傳統(tǒng)電子芯片代工廠的現(xiàn)有生產(chǎn)線，通過低成本被動對準(zhǔn)工藝實現(xiàn)規(guī)?；圃?，有效降低了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用門檻。相關(guān)研究成果已發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Advanced Engineering Materials》，為光電集成技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化落地提供了重要理論與技術(shù)支撐。

    一、算力需求激增與能耗約束的核心矛盾
    2020年，全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量已突破500億臺，涵蓋手機(jī)、GPS終端及各類智能硬件設(shè)備。隨著“萬物互聯(lián)”趨勢的深化，各類終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)持續(xù)向云端及大型數(shù)據(jù)中心匯聚，推動數(shù)據(jù)中心流量以每十年1000倍的速度增長。這一趨勢背后，是日益嚴(yán)峻的能源消耗壓力，數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的能源需求與日俱增，而經(jīng)濟(jì)增長速率（以GDP為核心指標(biāo)）遠(yuǎn)不及數(shù)據(jù)量的爆炸式增長，難以支撐無節(jié)制的能源成本攀升。
    LionelKimerling教授強調(diào)：“數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的能源成本增速必須低于經(jīng)濟(jì)增速，否則將對全球經(jīng)濟(jì)體系造成沉重負(fù)擔(dān)。”針對這一矛盾，行業(yè)普遍認(rèn)為存在兩條解決路徑：一是擴(kuò)大能源生產(chǎn)規(guī)模，二是提升信息技術(shù)本身的能源利用效率。從可持續(xù)發(fā)展視角出發(fā)，后者顯然是更具可行性的長期方案。
    將光子學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合，是提升信息技術(shù)能效的關(guān)鍵方向。光子具有傳輸速率高、能耗低的特性，利用光子傳輸數(shù)據(jù)的能效遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電子傳輸方式。AnuAgarwal指出：“團(tuán)隊提出‘計算靠電子，通信用光子’的技術(shù)理念，正是為了從技術(shù)底層緩解數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的能源危機(jī)，實現(xiàn)算力與能耗的平衡發(fā)展。”
    然而，光子學(xué)與電子學(xué)的集成面臨重大技術(shù)障礙：當(dāng)前在單一封裝內(nèi)連接電子芯片與光子芯片的工藝，不僅技術(shù)難度高，且成本居高不下。核心難點在于尺寸匹配與對準(zhǔn)精度——芯徑為10μm的光纖，需與截面尺寸僅為0.2μm×0.5μm的光子芯片實現(xiàn)近乎無偏差的對準(zhǔn)，一旦出現(xiàn)微小偏差，便會導(dǎo)致光信號發(fā)散損耗。為確保連接有效性，每個連接點均需通過激光進(jìn)行主動測試校準(zhǔn)。MIT實驗室研究人員DrewWeninger表示：“未來大規(guī)模數(shù)據(jù)通信所需的光纖數(shù)量將呈指數(shù)級增長，傳統(tǒng)主動對準(zhǔn)工藝的效率與成本已無法滿足規(guī)?；l(fā)展需求，技術(shù)升級迫在眉睫。”

    二、倏逝波耦合器：破解光電集成規(guī)?；y題的核心器件
    為突破光電集成的規(guī)?；款i，MITFUTUR-IC研究團(tuán)隊研發(fā)了“倏逝波耦合器”這一新型核心器件，從對準(zhǔn)精度與信號傳輸維度實現(xiàn)雙重技術(shù)突破，為電子-光子共封裝提供了創(chuàng)新性解決方案。
    （一）提升對準(zhǔn)容差，降低規(guī)?；圃扉T檻
    傳統(tǒng)耦合器僅依賴單一耦合點實現(xiàn)光信號傳輸，對對準(zhǔn)精度要求極為嚴(yán)苛，需通過復(fù)雜的主動校準(zhǔn)工藝確保連接效果。而新型倏逝波耦合器通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，延長了光相互作用路徑，大幅提升了對準(zhǔn)容差。這一設(shè)計使得機(jī)器人可在無需主動校準(zhǔn)的情況下完成集成電路組裝，既簡化了生產(chǎn)流程，又保障了光信號的有效傳輸效率，從根本上解決了傳統(tǒng)工藝難以規(guī)模化的核心問題。
    （二）實現(xiàn)垂直傳輸，突破光子傳播方向限制
    在傳統(tǒng)電子-光子集成系統(tǒng)中，電子可在芯片平面內(nèi)自由移動，而光子因自身傳播特性，難以實現(xiàn)直角方向的高效傳輸，將光信號從芯片水平面引導(dǎo)至垂直方向一直是行業(yè)技術(shù)難點。新型倏逝波耦合器通過創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計，成功突破這一限制，實現(xiàn)了光信號在芯片多層結(jié)構(gòu)之間的高效垂直傳輸。這種多層堆疊式設(shè)計不僅大幅節(jié)省了封裝空間，還最大限度降低了光信號損耗，為構(gòu)建高效互連系統(tǒng)提供了理想技術(shù)方案。
    此外，該共封裝技術(shù)的突出優(yōu)勢在于兼容性——可直接利用傳統(tǒng)電子芯片代工廠的現(xiàn)有生產(chǎn)線，通過低成本被動對準(zhǔn)工藝完成制造。這一特性避免了大規(guī)模改造生產(chǎn)線的高額成本，顯著降低了產(chǎn)業(yè)升級的門檻，為資源高效的微芯片產(chǎn)業(yè)價值鏈構(gòu)建奠定了堅實基礎(chǔ)。

    三、技術(shù)突破的產(chǎn)業(yè)影響與學(xué)術(shù)領(lǐng)域響應(yīng)
    MIT在光電芯片封裝領(lǐng)域的突破，不僅為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，也引發(fā)了學(xué)術(shù)領(lǐng)域?qū)ξ⒓{光學(xué)技術(shù)的高度關(guān)注。微納光學(xué)技術(shù)作為電子-光子集成的核心支撐技術(shù)，其發(fā)展水平直接決定了光電集成的效率與成本，MIT的研究成果進(jìn)一步印證了該技術(shù)在下一代計算與通信領(lǐng)域的戰(zhàn)略價值。
    中國激光雜志社長期聚焦微納光學(xué)領(lǐng)域的前沿研究，致力于搭建高質(zhì)量、具有行業(yè)引領(lǐng)力的學(xué)術(shù)交流平臺。此前，該社分別于2021年、2023年推出“微納光學(xué)”“微納光學(xué)II”專題，憑借前沿的研究視角與高質(zhì)量的學(xué)術(shù)內(nèi)容，獲得了行業(yè)廣泛關(guān)注，專題特邀論文下載量突破12萬次，同時啟發(fā)了一批新興研究方向。為持續(xù)推動微納光學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)交流，《光學(xué)學(xué)報》計劃于2026年2月（第46卷第3期）推出“微納光學(xué)Ⅲ”專題，面向全球?qū)＜覍W(xué)者征集原創(chuàng)性研究論文（暫不接受自由來稿綜述）。
    該專題的征稿范圍涵蓋微納結(jié)構(gòu)與光場相互作用、微納光學(xué)非厄密效應(yīng)、微納結(jié)構(gòu)激光技術(shù)、特殊結(jié)構(gòu)光場生成、微納結(jié)構(gòu)特殊能帶調(diào)控機(jī)制、高品質(zhì)因子微腔及應(yīng)用、微納光學(xué)加工制備技術(shù)、非線性微納光學(xué)、微納結(jié)構(gòu)與超快光學(xué)、微納量子光學(xué)體系、人工智能微納光學(xué)設(shè)計、微納拓?fù)涔庾芋w系、高速可調(diào)控微納光學(xué)技術(shù)、智能光信息處理與光子芯片等多個前沿方向，截稿日期為2025年9月30日。這一專題的籌備與推出，既是對當(dāng)前光電集成技術(shù)突破的學(xué)術(shù)呼應(yīng)，也將為微納光學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展匯聚全球智慧，推動技術(shù)成果向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用加速轉(zhuǎn)化。
    從實驗室的技術(shù)創(chuàng)新到產(chǎn)業(yè)界的應(yīng)用探索，再到學(xué)術(shù)領(lǐng)域的深度研究，MIT在光電芯片封裝領(lǐng)域的突破，正推動計算與通信產(chǎn)業(yè)向高效化、低能耗方向加速邁進(jìn)。正如LionelKimerling所言，單一封裝內(nèi)的光子學(xué)與電子學(xué)集成是21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)突破，而MIT團(tuán)隊的研究成果，無疑為這一領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程注入了強勁動力。未來，隨著更多創(chuàng)新技術(shù)的涌現(xiàn)與落地，全球計算與通信產(chǎn)業(yè)有望進(jìn)入算力更強、能耗更低的全新發(fā)展階段，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供核心支撐。