美国加州大学圣巴巴拉分校的研究人员综述了采用异质集成的高性能硅光子学最新进展，重点介绍了超低损耗波导、单波长激光器、梳状激光器和光子集成电路，包括用于激光雷达的光学相控阵和用于数据中心互连的光收发器。相关研究发表在《IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics》上。
在过去的五十年中，大多数电信、数据通信和传感器系统都依赖于单独的光学组件，例如激光器、调制器和光电探测器。最近，集成光子学由于其在尺寸、重量、成本和功耗方面的优势已经商业化。光子集成电路 (PIC) 的性能很大程度上取决于所采用的集成平台。硅光子学利用已经相当成熟的 CMOS 设备来量产低成本的光子元件，同时具有低损耗和紧凑波导等特性，比基于 III-V 的器件具有内在优势。硅光子调制器、光电探测器和无源器件可通过基于单片绝缘体上硅 (SOI) 波导结构进行制造。异质集成技术是一个关键的推动者，它不仅提供了原生Si衬底上不存在的光学增益，而且能够在芯片上实现完整的光子功能，也为多功能集成光子器件性能工程奠定了基础。
这里，研究人员介绍了异质硅光子器件和集成电路的最新进展。高设备性能和高集成度使其在通信、互连和传感器领域的应用得以实现和扩展。异构集成的关键指标是接近或超过单片集成或者混合集成。优化后的有源和无源的异构集，为性能优于离散光学元件的全新设备开辟了新的机会。窄线宽激光器就是证明这种优越性的一个典型例子。对于单片激光器，线宽增强因子 αH 是决定因素，因此，量子点激光器可以实现比量子阱激光器更窄的线宽。混合集成和异构集成，利用分别优化的有源和无源器件，可以实现超窄线宽。在这种情况下，超低损耗 SiN 无源波导占据了最佳性能。基于扩展光栅的外腔、环形谐振器的外腔和具有超高 Q 值的自注入锁定在内的多种方法，都提供了不同的激光操作和对比的激光线宽缩减率。现设计的优化非均匀III-V/Si宽可调谐激光器线宽已经比使用大型外腔的商用外腔二极管激光器（ECDLs）有着更好的表现。与混合集成类似，集成的超高 Q SiN 环形谐振器有望进一步降低激光噪声。异质集成硅光子已经在包括可见光、中-红外（中红外）的各领域发挥着重要的作用。
总体而言，异质集成硅光子电路的商业化正在迅速发展，与电子设备的紧密集成是下一代高带宽数据中心网络交换机的关键推动力。可靠、窄线宽和高通道数的异质激光源很可能在下一阶段发挥关键作用，这是异质集成硅光子相对于其他平台的一个显着优势。
