剖析四大光電應(yīng)用趨勢，窺見光子技術(shù)發(fā)展方向

科技行業(yè)渴望創(chuàng)新。由新冠疫情驅(qū)動的“在家辦公”現(xiàn)象激增，從而引發(fā)數(shù)據(jù)瓶頸的出現(xiàn)，現(xiàn)已對光電子和半導(dǎo)體行業(yè)提出挑戰(zhàn)，要求其為各垂直領(lǐng)域的苛刻客戶找到優(yōu)質(zhì)解決方案。

在以光速傳輸數(shù)據(jù)的世界中，全球市場對光子技術(shù)的關(guān)注自然在不斷增長。光子技術(shù)是一門將電子學(xué)與光學(xué)相結(jié)合的技術(shù)，有望為滿足社會的數(shù)字化發(fā)展而提供所需性能。憑借激光器性能更加可靠，新型光子技術(shù)解決方案能夠以前所未有的速度處理光子，幫助器件制造商解鎖更廣泛的應(yīng)用，并為新一代產(chǎn)品做好準(zhǔn)備。

光子技術(shù)將能承載更快的下載速度、質(zhì)量更高的流媒體、更精確的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)收集以及技術(shù)的快速發(fā)展，這些技術(shù)將原本只存在于科幻小說的創(chuàng)新變成現(xiàn)實。這些應(yīng)用將是工程師們多年努力的成果，工程師們致力于將高度復(fù)雜的科學(xué)應(yīng)用于實踐。據(jù)麥姆斯咨詢報道，光子技術(shù)近年來在商業(yè)應(yīng)用方面取得了長足發(fā)展，因此在2022年，光子技術(shù)將成為滿足該行業(yè)需求的關(guān)鍵技術(shù)。

下面將剖析有望在未來一年中獲得更多關(guān)注的光子技術(shù)四大應(yīng)用趨勢：

應(yīng)用趨勢一：人工智能（AI）

一提到人工智能，人們最容易聯(lián)想到的便是機器人。但人工智能的實際用例往往遠(yuǎn)達(dá)不到跳舞機器人那么引人注目。人工智能是機器學(xué)習(xí)工具的關(guān)鍵要素，而機器學(xué)習(xí)則能夠大幅改善網(wǎng)絡(luò)安全、圖像識別軟件、在線購物體驗以及任何通過數(shù)字化完成的其他應(yīng)用。

2022年值得關(guān)注的領(lǐng)域之一便是可穿戴市場，特別是醫(yī)用設(shè)備。據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)預(yù)測，今年可穿戴市場規(guī)模將突破600億美元；預(yù)計至2025年，其市場規(guī)模有望增長至1380億美元。

智能手表、眼鏡、健康監(jiān)視器等智能設(shè)備正在成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊徊糠郑腿缤娨暫图矣秒娖饕粯印Ｈ藗円揽窟@些智能設(shè)備來確保自己每日最低步數(shù)達(dá)標(biāo)，每日攝入卡路里不超過期望值，并限制盯著屏幕的時間。

即將出現(xiàn)的解決方案將使這些設(shè)備變得更加智能。需要重點研究的兩個領(lǐng)域包括用于移動設(shè)備的芯片級集成光譜儀（光譜儀是測量和分析光強變化的儀器），以及機器人手術(shù)應(yīng)用需要的微型3D傳感和成像解決方案。

為了迎接即將到來的人工智能革命，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人應(yīng)該已經(jīng)開始思考如何利用更智能的軟件和機器來提高運營效率。

應(yīng)用趨勢二：激光雷達(dá)

自動駕駛的實現(xiàn)主要取決于激光雷達(dá)（LiDAR），激光雷達(dá)是“光探測和測距（Light Detection and Ranging）”的縮寫。工程師使用激光雷達(dá)來創(chuàng)建3D視覺圖像。激光雷達(dá)通常包括光源（如VCSEL、EEL等激光器）、光束操縱器件（如MEMS微鏡、棱鏡）以及探測器（如APD、SPAD、SiPM）。激光雷達(dá)創(chuàng)建的3D圖像可幫助企業(yè)實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實之間的顛覆性應(yīng)用。

在汽車行業(yè)，激光雷達(dá)的測繪解決方案可以幫助汽車了解周圍的情況。目前，計算機化車輛收集的視覺圖像可以幫助汽車制造商實現(xiàn)更先進(jìn)的駕駛輔助功能，例如在沒有駕駛員協(xié)助的情況下完成自動泊車或通過陡坡。但想要實現(xiàn)完全自動駕駛，則需集成激光雷達(dá)進(jìn)一步發(fā)展。

在自動駕駛汽車和可靠3D地圖的需求的推動下，預(yù)計到2027年，激光雷達(dá)市場規(guī)模將達(dá)到70億美元。雖然，自動駕駛汽車是激光雷達(dá)技術(shù)最耳熟能詳?shù)膽?yīng)用，但其實激光雷達(dá)也應(yīng)用于消費電子、醫(yī)療保健、國防、航空航天以及城市規(guī)劃等領(lǐng)域。光子技術(shù)方面的成就將加速激光雷達(dá)的發(fā)展?jié)摿Γ圃鞓I(yè)的需求也將繼續(xù)推動未來激光雷達(dá)的采用。

應(yīng)用趨勢三：芯片制造的“投資熱”

據(jù)路透社報道，“芯片投資熱潮才剛剛開始”。芯片制造行業(yè)最大的幾家公司近日宣布將在多地區(qū)進(jìn)行重大投資，從而滿足客戶需求并避免下一次全球性芯片短缺。2021年芯片制造行業(yè)的支出是創(chuàng)紀(jì)錄的，據(jù)估計，全球芯片制造商全年資本支出高達(dá)1460億美元。

升溫的不僅僅在私人投資領(lǐng)域。《芯片法案（CHIPS Act）》將為美國芯片制造業(yè)注入520億美元資金。這樣的投資旨在保護美國利益，并恢復(fù)美國失去的部分芯片制造能力。

應(yīng)用趨勢四：更高速的直接調(diào)制激光器

激光發(fā)光一致性是光子技術(shù)成功的關(guān)鍵。光電子行業(yè)已成功利用直接調(diào)制激光器（DML）實現(xiàn)提供100G和200G的性能。將性能提升到400G甚至更高是極具挑戰(zhàn)的，但也是夢寐以求的愿望。

業(yè)界希望讓直接調(diào)制激光器以更高速度運行的原因主要在于與現(xiàn)有架構(gòu)的兼容性。如果一款基礎(chǔ)產(chǎn)品（比如光學(xué)引擎）可以讓客戶替換激光器以獲得理想的速度，這樣就能顯著降低其成本和組裝時間。

根據(jù)內(nèi)部研究結(jié)果顯示，通過將光學(xué)器件與電子技術(shù)混合集成在單一芯片上，可為100G和200G收發(fā)器節(jié)省高達(dá)40%的成本。400G速度下穩(wěn)定、可擴展的直接調(diào)制激光器性能就意味著，速度提升到800G以及共封裝光學(xué)器件（co-packaged optics）可實現(xiàn)同樣的成本節(jié)約和組裝效率，這項技術(shù)能夠?qū)⒐庾蛹夹g(shù)的創(chuàng)新推向新高度。

利用高性能波導(dǎo)幫助激光器通過狹窄通道的技術(shù)實現(xiàn)突破，預(yù)計將在2022年實現(xiàn)量產(chǎn)。這些直接調(diào)制激光器的“倒裝芯片（flip-chip）”封裝方式促成了完全集成的光學(xué)引擎，比現(xiàn)有解決方案的尺寸要小得多。一旦這些100G和200G產(chǎn)品進(jìn)入市場，器件制造商和數(shù)據(jù)中心客戶將立即發(fā)現(xiàn)其商業(yè)應(yīng)用性能可大幅改善。一款支持400G直接調(diào)制激光器的產(chǎn)品可能將在今年上市，它將如同“彈弓”一樣推動著多個領(lǐng)域的創(chuàng)新。

隨著光子技術(shù)在生活中扮演著越來越重要的角色，圍繞該行業(yè)的熱情也隨之高漲。2022年，光子技術(shù)將產(chǎn)生前所未有的商業(yè)影響，并且預(yù)示著在未來幾年將突飛猛進(jìn)。

本文作者為POET Technologies首席執(zhí)行官Suresh Venkatesan博士，主要從事數(shù)據(jù)中心和通信市場中光子及光電子技術(shù)的開發(fā)工作。