项目目标与创新
本项目团队的最终目标是:基于自主发明核心技术在中国本土成就世界上最有影响力的通信可调谐激光器公司。
在关键设备、材料、工艺,甚至资金受限的情况下,这样的最终目标怎么可能?
答案是“精准”。
“精准”代表了一种先进生产力,成为当前发展的一种趋势,如精准医学、精准扶贫和精准农业等。
本项目的核心竞争力来自于项目负责人发明的重构-等效啁啾(reconstruction-equivalent chirp,REC)集成激光器阵列的技术【发明专利CN200610038728.9;CN2008101565920;美国专利US 7873089 B2;Optics Express , Vol.17, 5240 (2009)】。该技术完全是中国提出并发展起来的一种与国外完全不同激光器阵列技术,制造上与传统商业成熟普通分布反馈(distributed feedback, DFB)激光器制造流程基本兼容,能够基于最普通DFB激光器制造技术制造DFB激光器阵列,这与传统方法完全不同。DFB激光器已经大量应用于光通信网络,最普通DFB激光器价格只是数元人民币,因此REC集成激光器阵列制造成本极为低廉。
而最令人惊喜的是,REC集成激光器阵列在波长间隔控制精度比传统方法理论上可提高约2个数量级,实现对波长微结构非常精准的控制【Optics Letters, Vol.37, 3315(2012)】,创记录的60波长的激光器阵列实验结果表明【Scientific Reports, Vol. 4, 07377 (2014)】,83%的波长间隔线性度控制在±0.2nm之内;相比之下,贝尔实验室采用传统方法获得的结果仅为35%【IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, Vol.14, 967 (1996)】。最新实验结果表明典型线性波长误差已经接近±0.1nm【Optics Letters, Vol.40, 5136(2015)】,好于传统方法数十倍,解决了20多年没有解决的波长控制误差大难题!正是因为REC技术对于波长微结构的精准控制,该技术已经被国内外研究组和公司模仿或者应用。典型的如REC集成阵列技术也被美国国家集成光子制造创新机构的首席技术官、MIT教授Michael R. Watts研究组所模仿发表论文并申请专利【Optics Letters, Vol.38, 4002(2013);美国专利US 9325140 B2】!在专利中明确说明使用该技术就是因为它具有波长价格精准控制能力。
由于集成激光器阵列是把多个单元激光器集成到一个芯片上,属于光子集成范畴,且激光器为光子集成芯片提供光源,非常重要,相当于“发动机”,因此,本项目的核心技术REC集成激光器阵列实现了一种光子集成上的精准制造。
未来的大规模/超大规模光子集成芯片,要取得像集成威廉希尔官方网站
那样的成功,不仅要解决光子集成的材料问题,如被业内非常看好Intel和IBM等投入巨资研发的硅基光子集成,也要解决如光芯片波长微结构上的精准制造(调控)问题,否则混乱的波长排列将导致极低的成品率,使大规模/超大规模光子集成芯片成本高不可攀。未来大规模/超大规模光子集成技术必然向“精准”发展,仿照精准医学,可以称之为“精准光子集成”。波长微结构的精准调控是“精准光子集成”的重要组成部分。
可调谐激光器方案繁多,根据美国工程院院士、商用可调谐半导体激光器的先驱Larry A. Coldren教授在2016年对于宽带可调谐半导体激光器发展35年所做的总结【https://coldren.ece.uc***.edu/sites/coldren.ece.uc***.edu/files/publications/35_years_of_widely-tunable_single-chip_laser-_a_pathway_to_active_pics.pdf】,目前商业主流可调谐半导体激光器主要采用两种技术。其中一种是采用集成DFB激光器阵列,通过拼接多个热调谐DFB激光器来扩大调谐范围,产品主要由古河电气(Furukawa Electric Co)【https://www.furukawa.co.jp/fitel/english/active/pdf/signal/ODC-7AH001H_FRL15TC Wx-D66-xxxxx-D.pdf】等日本公司提供,实际上就是可调谐DFB激光器阵列。目前可调谐半导体激光器完全被国外垄断,但是由于传统技术的局限性,宽带可调谐半导体激光器价格远远高于低成本可调谐激光器所必须的200美元以下价格。
由于传统技术的局限性,目前光子集成技术还没有像集成威廉希尔官方网站
那样成熟,国外在波长微结构的精准制造上没有成熟解决方案,也没有明确提出类似“精准光子集成”的概念并推动其发展。另一方面,面向具有巨大市场潜力的宽带网络通信和人工智能,中国的光子集成事业将是激动人心的,但必须要在高端光芯片制造上取得商业成功。未来的大规模/超大规模光子集成芯片需要大规模/超大规模精准集成激光器阵列,因此在中国率先提出并大力推动以“精准光子集成”为差异化竞争手段,减轻我们在先进设备、材料和工艺的困难,可能是突破中国高端光子集成芯片制造的良策。
本项目方案也采用可调谐DFB激光器阵列,从可调谐机制来看,是完全商业成熟且获得规模商业应用。与日本公司相比,本项目技术核心是采用REC集成激光器阵列来代替传统DFB激光器阵列,且制造流程又和传统方法差不多,能够实现低成本的“精准光子集成“制造。因此本项目的技术优势明显,是突破关键设备、材料、工艺**,造就世界上最有影响力的通信可调谐激光器公司的充分保障。
如果我们有机会在中国能够造就世界上最有影响力的通信可调谐激光器公司,不是因为我们实力有多强大,归根到底是因为运气和机遇:基于传统技术方案,即使采用当前最先进的成熟工艺,国外最先进公司仍无低成本可调谐激光器方案。
但是工艺是高端芯片制造的基石,再优异的技术,要梦想成真,没有相应工艺的支撑,也是空中楼阁,无法落地。要把“精准光子集成”的优势充分发挥出来,离不开优秀工艺的支持。可调谐REC激光器阵列技术具有无与伦比的低成本能力和在某些关键性能上无法逾越的精准优势,凭借知识产权保护,起步阶段并不需要世界上一流的光子集成工艺,但要使可调谐REC集成激光器阵列在商业竞争中取得明显优势,准一流的工艺还是需要的。
制造可调谐REC激光器阵列所有流程都是商业成熟的,本项目需要执行的是以宽广的胸怀,逐步建立一个技术、工艺、管理和投资等要素均衡突出,刻苦奋斗,掌握好国外十多年前就已经掌握的通用光子集成工艺,开发出全球第一款低成本可调谐半导体激光器产品,成为中国创造的典范,并给投资者和创业团队带来巨大的商业回报。
项目目标与创新
本项目团队的最终目标是:基于自主发明核心技术在中国本土成就世界上最有影响力的通信可调谐激光器公司。
在关键设备、材料、工艺,甚至资金受限的情况下,这样的最终目标怎么可能?
答案是“精准”。
“精准”代表了一种先进生产力,成为当前发展的一种趋势,如精准医学、精准扶贫和精准农业等。
本项目的核心竞争力来自于项目负责人发明的重构-等效啁啾(reconstruction-equivalent chirp,REC)集成激光器阵列的技术【发明专利CN200610038728.9;CN2008101565920;美国专利US 7873089 B2;Optics Express , Vol.17, 5240 (2009)】。该技术完全是中国提出并发展起来的一种与国外完全不同激光器阵列技术,制造上与传统商业成熟普通分布反馈(distributed feedback, DFB)激光器制造流程基本兼容,能够基于最普通DFB激光器制造技术制造DFB激光器阵列,这与传统方法完全不同。DFB激光器已经大量应用于光通信网络,最普通DFB激光器价格只是数元人民币,因此REC集成激光器阵列制造成本极为低廉。
而最令人惊喜的是,REC集成激光器阵列在波长间隔控制精度比传统方法理论上可提高约2个数量级,实现对波长微结构非常精准的控制【Optics Letters, Vol.37, 3315(2012)】,创记录的60波长的激光器阵列实验结果表明【Scientific Reports, Vol. 4, 07377 (2014)】,83%的波长间隔线性度控制在±0.2nm之内;相比之下,贝尔实验室采用传统方法获得的结果仅为35%【IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, Vol.14, 967 (1996)】。最新实验结果表明典型线性波长误差已经接近±0.1nm【Optics Letters, Vol.40, 5136(2015)】,好于传统方法数十倍,解决了20多年没有解决的波长控制误差大难题!正是因为REC技术对于波长微结构的精准控制,该技术已经被国内外研究组和公司模仿或者应用。典型的如REC集成阵列技术也被美国国家集成光子制造创新机构的首席技术官、MIT教授Michael R. Watts研究组所模仿发表论文并申请专利【Optics Letters, Vol.38, 4002(2013);美国专利US 9325140 B2】!在专利中明确说明使用该技术就是因为它具有波长价格精准控制能力。
由于集成激光器阵列是把多个单元激光器集成到一个芯片上,属于光子集成范畴,且激光器为光子集成芯片提供光源,非常重要,相当于“发动机”,因此,本项目的核心技术REC集成激光器阵列实现了一种光子集成上的精准制造。
未来的大规模/超大规模光子集成芯片,要取得像集成威廉希尔官方网站
那样的成功,不仅要解决光子集成的材料问题,如被业内非常看好Intel和IBM等投入巨资研发的硅基光子集成,也要解决如光芯片波长微结构上的精准制造(调控)问题,否则混乱的波长排列将导致极低的成品率,使大规模/超大规模光子集成芯片成本高不可攀。未来大规模/超大规模光子集成技术必然向“精准”发展,仿照精准医学,可以称之为“精准光子集成”。波长微结构的精准调控是“精准光子集成”的重要组成部分。
可调谐激光器方案繁多,根据美国工程院院士、商用可调谐半导体激光器的先驱Larry A. Coldren教授在2016年对于宽带可调谐半导体激光器发展35年所做的总结【https://coldren.ece.uc***.edu/sites/coldren.ece.uc***.edu/files/publications/35_years_of_widely-tunable_single-chip_laser-_a_pathway_to_active_pics.pdf】,目前商业主流可调谐半导体激光器主要采用两种技术。其中一种是采用集成DFB激光器阵列,通过拼接多个热调谐DFB激光器来扩大调谐范围,产品主要由古河电气(Furukawa Electric Co)【https://www.furukawa.co.jp/fitel/english/active/pdf/signal/ODC-7AH001H_FRL15TC Wx-D66-xxxxx-D.pdf】等日本公司提供,实际上就是可调谐DFB激光器阵列。目前可调谐半导体激光器完全被国外垄断,但是由于传统技术的局限性,宽带可调谐半导体激光器价格远远高于低成本可调谐激光器所必须的200美元以下价格。
由于传统技术的局限性,目前光子集成技术还没有像集成威廉希尔官方网站
那样成熟,国外在波长微结构的精准制造上没有成熟解决方案,也没有明确提出类似“精准光子集成”的概念并推动其发展。另一方面,面向具有巨大市场潜力的宽带网络通信和人工智能,中国的光子集成事业将是激动人心的,但必须要在高端光芯片制造上取得商业成功。未来的大规模/超大规模光子集成芯片需要大规模/超大规模精准集成激光器阵列,因此在中国率先提出并大力推动以“精准光子集成”为差异化竞争手段,减轻我们在先进设备、材料和工艺的困难,可能是突破中国高端光子集成芯片制造的良策。
本项目方案也采用可调谐DFB激光器阵列,从可调谐机制来看,是完全商业成熟且获得规模商业应用。与日本公司相比,本项目技术核心是采用REC集成激光器阵列来代替传统DFB激光器阵列,且制造流程又和传统方法差不多,能够实现低成本的“精准光子集成“制造。因此本项目的技术优势明显,是突破关键设备、材料、工艺**,造就世界上最有影响力的通信可调谐激光器公司的充分保障。
如果我们有机会在中国能够造就世界上最有影响力的通信可调谐激光器公司,不是因为我们实力有多强大,归根到底是因为运气和机遇:基于传统技术方案,即使采用当前最先进的成熟工艺,国外最先进公司仍无低成本可调谐激光器方案。
但是工艺是高端芯片制造的基石,再优异的技术,要梦想成真,没有相应工艺的支撑,也是空中楼阁,无法落地。要把“精准光子集成”的优势充分发挥出来,离不开优秀工艺的支持。可调谐REC激光器阵列技术具有无与伦比的低成本能力和在某些关键性能上无法逾越的精准优势,凭借知识产权保护,起步阶段并不需要世界上一流的光子集成工艺,但要使可调谐REC集成激光器阵列在商业竞争中取得明显优势,准一流的工艺还是需要的。
制造可调谐REC激光器阵列所有流程都是商业成熟的,本项目需要执行的是以宽广的胸怀,逐步建立一个技术、工艺、管理和投资等要素均衡突出,刻苦奋斗,掌握好国外十多年前就已经掌握的通用光子集成工艺,开发出全球第一款低成本可调谐半导体激光器产品,成为中国创造的典范,并给投资者和创业团队带来巨大的商业回报。
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