前沿 | 国家出版基金项目：集成微波光子技术

作为一门研究微波和光波相互作用的交叉学科，微波光子技术在国内外学者的共同努力下取得了长足的进步和发展。虽然基于分立器件的传统微波光子学系统较为成熟，但面临着体积、质量和功耗较高的瓶颈问题。为了克服这些问题，人们开始研究集成微波光子技术，以期通过微波光子器件的集成，降低系统的体积、质量和功耗。因此，集成化是微波光子实现追赶和超越传统电子系统的必由之路。

针对未来主要应用场景(超宽带无线通信、空天地信息一体化、高性能新体制雷达以及电子战等)，迫切需要解决微波光子集成器件和功能芯片乃至集成系统在仿真与设计、流片与封测等阶段的关键问题。

▋1. 单一功能器件的集成

微波光子系统核心器件包括半导体激光器、电光调制器以及光电探测器。进一步提升这些核心器件在功率、噪声、带宽、插入损耗方面的性能，并提高芯片集成度和产业化水平，是未来研究工作的关键所在。例如，亟须研发高功率、低噪声、窄线宽的半导体激光器芯片，宽带、高饱和光功率和高响应度的光电探测器阵列芯片，以及宽带、低半波电压、高线性度的电光调制器阵列芯片。这些将有助于集成微波光子芯片的功能单元种类不断增加、性能不断提升，从而逐步替代传统系统中的各类核心电子组件，为微波光子集成芯片的实用化和产业化奠定坚实基础。

▋2.光电融合的功能芯片集成

在集成化微波光子芯片研发过程中，必须高度重视光电子与微电子融合集成。结合强大的微电子集成技术基础，构建从单一材料体系向多材料体系混合集成的高集成度微波光子集成芯片研发模式，实现从光子集成向光子-微波混合单片集成的微波光子功能芯片推进。重点研发异质混合集成的微波光子芯片，实现高功率低噪声激光源、高调制效率电光调制器和高饱和光功率光电探测器的单片集成，实现光电混合封装与测试、大规模芯片驱动与控制关键技术等。与此同时，大力研究新材料、新结构、新机制，对片上的光、电、热串扰进行有效消除或抑制，以大幅度提升集成化规模。

▋3. 多功能、多通道、可重构的系统化集成

研发面向不同应用场景的功能集成芯片，包括集成化波束形成、光子模拟信号处理、光电振荡器、光频梳、任意波形产生、混频与对消、光模数转换、模拟信号光电收发、光纤稳相稳时传输芯片与模块等；并提升不同功能的芯片和单元组件的集成化程度，实现微波光子多功能集成发展。同时，逐步研发多通道多波段的芯片和阵列化封装技术，满足大规模阵列化需求。在此基础上，通过多芯片微组装的混合集成实现小型化微波光子系统，推进微波光子模块的系统应用。此外，为提高芯片的通用性，通过众多有源或无源可调谐单元器件大规模网络化集成，研发功能可重构的微波光子集成芯片，实现片上通用微波光子信号处理和运算功能(如光子现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、模拟光子计算机等)。

▋4. 智能化的微波光子集成

在多功能、阵列化和可重构集成的基础上，微波光子集成芯片还可以与人工智能深度融合。基于人工智能算法和方案赋能微波光子集成芯片和系统，从而推动微波光子技术综合性能提升和实用化进程。

《集成微波光子技术》（祝宁华, 李明, 陈向飞著. 北京 : 科学出版社, 2024. 11）对集成微波光子技术这一微波光子学前沿研究领域进行介绍。

《集成微波光子技术》一书内容丰富，涵盖面广，专业性强，其中既包括了不同微波光子器件的原理设计、芯片制备和封装测试等核心基础知识的介绍，又包含了不同功能的集成微波光子芯片等领域前沿的梳理和总结。该书力图完整地展示集成微波光子技术发展的全貌，无疑是一本具有重要学术意义和参考价值的优秀著作。

如今，集成微波光子技术这一祝宁华院士长期深耕的领域受到了国内外研究人员越来越广泛的关注和研究。相信该书的出版将进一步推动我国集成微波光子技术的研究和发展，并对该领域的人才培养起到积极的促进作用。

陈良惠

中国工程院院士

2024 年6 月

作者简介

祝宁华，中国科学院院士，南开大学教授，南开大学智能光子研究院院长，长期从事微波光子技术与光电融合集成芯片研究。发表学术论文350余篇，以第一完成人获得国家技术发明二等奖（2次），获光华工程奖及中国科学院杰出成就奖（个人）等，曾任国家863计划微电子与光电子主题专家，国家重点专项“光电子与微电子器件及集成”专家组组长。

李明，中国科学院半导体研究所研究员，博士生导师，光电子材料与器件重点实验室主任， Optica Fellow，中国光学工程学会会士，中国电子学会会士，半导体学报常务副主编。长期致力于新型光电振荡器、光电智能计算和光电子集成芯片等研究，发表Nature子刊13篇。2012年入选国家海外高层次青年人才计划，2015年和2019年分别获得国家自然科学基金优秀青年和杰出青年基金项目资助。

陈向飞，南京大学，教授、博士生导师。精准光子集成与系统应用教育部工程研究中心主任，教育部“新世纪优秀人才支持计划”。主要研究领域为光子集成与器件、光通信、微波光子技术、光纤传感。主持承担国家863项目课题、国家自然科学基金重大项目课题、预研项目等数十项。在国际和国内重要学术期刊发表学术论文200多篇，获授权发明专利20多项，是自主基于重构-等效啁啾技术（REC技术）的半导体激光器的发明人，以此研制出单片集成阵列激光器，波长数创造出国内新记录，并实现波长间隔的精准控制。获国家和省部级奖励5项，其中2018年获国家技术发明奖二等奖。

全书共9章。

本书既注重集成微波光子技术理论和基础知识的介绍，又阐述了集成微波光子技术最新的前沿研究进展。本书可作为高等学校微波光子学、光电子技术、光学、光电信息工程和光学工程等专业研究生和高年级本科生的教材，也可供从事相关专业的师生和科技人员参考。

本书摘编自《集成微波光子技术》（祝宁华, 李明, 陈向飞著. 北京 : 科学出版社, 2024. 11）一书“第1章 绪论”“序”“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

(微波光子技术丛书)