无论是数据通信、航空航天传感器还是自动驾驶汽车，无论是生物光子学还是医学：集成光子学正在突破技术上的可能性界限，并且是遏制全球数据流量快速增长的能源需求的有前途的应用。这项新兴技术的重要参与者将齐聚 2023 年 6 月 25 日至 30 日的世界光子学大会，以及 6 月 27 日于慕尼黑。
在自然科学中可能没有奇迹，但是 EUV（极紫外）曝光工艺，来自激光参展商通快、蔡司和弗劳恩霍夫 IOF 的团队为此获得了 2020 年德国未来奖，这肯定很接近。在他们的工艺中，为了提供具有个位数纳米范围 (nm) 结构的最先进的半导体芯片，每秒 50,000 个锡滴被来自高性能 CO2 激光器的两个脉冲轰击。以这种方式点燃的锡等离子体会发出芯片曝光所需的极短波 (13.5 nm) EUV 辐射。该过程基于精密光学器件，可以精确地引导激光束，使其能够在月球上击打高尔夫球。
得益于激光技术与高端光学的结合，芯片技术正以超乎想象的规模向前发展。几年前，可以在指甲表面安装 100 亿个晶体管；这个数字现在已经接近万亿大关。这是摩尔定律的实现，根据该定律，集成电路中的晶体管数量每 18 个月翻一番。由于纳米级生产正在达到技术上可行的极限，因此需要“超越摩尔”的概念。它仍然是关于通过 2.5-D 中间步骤进入三维的芯片设计。但从长远来看，即使是 3D 芯片也不足以应对全球范围内快速增长的数据量。
集成光子学可以突破界限
一种解决方案：将光子学以光子集成电路 (PIC) 的形式直接集成到芯片、传感器和其他技术组件中，而不是使用光子工艺来制造电子芯片。一种有前途且具有成本效益的解决方案是在传统硅晶片上制造这种光学电路。这是因为半导体行业现有的生产基础设施只需要有选择地补充，以便使用既定的脉冲蚀刻工艺将基于光的电路引入光学“困难”的硅中。原则上，这意味着可以将带有激光束源、光导、耦合器、滤波器、信号调制器、环形谐振器和光电探测器的整个光子系统集成到芯片中。由于这个制造世界也在纳米尺度上移动，需要最大精度。实现这一点需要迭代、互锁的设计、验证和制造过程。需要数百个工艺步骤才能实现纳米级精确对准并利用最好的热校正选项。光路的促成因素来自激光领域：纳米定位技术、超精密测试和测量方法，以及 III-V 族半导体，可选择性地补偿硅的光子缺陷。
领先的仿真和设计工具供应商（如 Synopsys 和 Cornerstone）、制造解决方案（FiconTEC、 finetech、 LIGENTEC）以及测试和测量解决方案、定位技术和半导体供应商将在 LASER World of PHOTONICS 上展示他们的创新成果。在 A2 展厅，将有一个集成光子学的重点区域以及面向应用的演示。世界光子学大会将汇聚慕尼黑的数千名国际专家，还将彻底解决集成（硅）光子学问题。这项技术的潜力是巨大的。
潜力巨大
在 PIC 中用光代替电消除了诸如强热产生、光学远程传输数据与电信号之间的转换以及电子光学组件的空间要求等缺点。而且由于数据在微型 PIC 中以多种模式、多种波长传输和处理，因此速度更快、热效应低和最佳集成能力相结合，创造了一个可行的前景，可以以指数方式增强，从而比以前更有效地处理不断增长的全球数据量. 在十年内，集成光子学已经成熟为数据中心的一项关键技术。从全球光纤网络中的光学数据传输开始，以服务器群中的光学收发器的形式发展，然后提供芯片到芯片的连接，现在正在推进到个人微芯片。由于产生的热量相对较低，这项年轻的技术还将减少数据中心的能源需求，而数据中心的能源需求占全球二氧化碳排放量的 2% 左右。根据 Yole Intelligence 的预测，在这一应用的推动下，到 2027 年，全球硅光子的销售额预计将增至 9720 亿美元，与 2021 年相比增长 6.5 倍。然而，集成光子的市场潜力是远未筋疲力尽。
应用于小型化激光雷达传感器，该技术正在向自动驾驶汽车发展。研究实验室正在使用带有集成光子电路的微米级细针，以非常有针对性的方式刺激活组织中的荧光效应。世界各地都有项目使用 PIC 开发智能植入物、微型诊断和分析设备或微型传感器，用于航空航天、农业、食品工业和许多其他应用领域。简而言之：集成光子学有潜力开创一个新时代的技术。
