激光非常小，您需要显微镜才能正确看到它。但桑迪亚国家实验室的科学家们兴奋的不仅仅是规模。令人关注的是，激光现在可以与其他微型光学设备相结合，使自动驾驶汽车更安全，数据中心更高效，生化传感器更便携，雷达和其他防御技术更通用。

桑迪亚公司因其将多种不同材料集成到硅上的新方法而获得了专利——硅是半导体制造厂用来制造微芯片的相同原材料。

这种方法使桑迪亚能够构建高带宽、高速光学器件，包括磷化铟激光器、铌酸锂调制器、锗探测器和低损耗声光隔离器——所有这些都是高功率光学系统的关键组件。

在硅上制造激光器是一项具有挑战性且不寻常的壮举，可以扩大美国在半导体技术方面的领先地位。其他组织，包括加州大学圣巴巴拉分校和英特尔公司也制造了类似的激光器，但桑迪亚扩大了可集成设备的类别。这些设备第一次可以在光学微芯片(也称为光子集成电路)上协同工作。

桑迪亚的帕特里克·朱说：“这使得美国能够发挥领导作用，并减少对外国制造能力的依赖。”

Chu是国家安全光子中心的共同领导者，该中心由桑迪亚微系统工程、科学和应用综合体的60多名光子科学家和工程师组成。

与硅集成是迈向未来生产的关键一步

硅是半导体工业的命脉，也是制造计算机芯片的重要材料。然而，桑迪亚研究科学家、新集成工艺的联合发明人阿肖克·科迪加拉(AshokKodigala)表示，就其本身而言，它是一种很糟糕的制造激光器的材料。

他面临的挑战是设计一种让多种材料制成的光学元件在硅微芯片上共存的方法。这些材料不能简单地粘合到位，因此Kodigala将它们以复杂的层融合到硅上，这一过程也称为异构集成。

桑迪亚国家实验室的科学家AshokKodigala在MESA综合体的显微镜下将光纤与芯片级异构集成激光器对齐。图片来源：克雷格·弗里茨

桑迪亚团队成功演示了异质集成技术来创建混合硅器件：由磷化铟和硅制成的混合激光器和放大器，以及由铌酸锂和硅制成的类似调制器，它们对激光器产生的光中的信息进行编码。

此外，还开发了高功率和高速锗探测器，以跟上同一平台下的激光器和调制器。

半导体工厂可以使用桑迪亚技术

桑迪亚制造了芯片级激光器，目标是将技术转化为工业。该团队使用了许多与商业半导体工厂相同的工具，激光器产生电信行业常用波长的光，称为C波段和O波段。

“一旦我们在国家实验室展示了这个光子平台，我们就可以将这项技术传递给美国公司，他们可以专注于商业和美国政府应用的更大规模生产，”科迪加拉说。

光子半导体支持CHIPS和科学法案

拜登总统在2022年签署了《芯片和科学法案》，成为了头条新闻，该法案为半导体行业带来了527亿美元的无党派推动。虽然该立法预计将增加美国制造的计算机芯片的产量，但它也为光子半导体提供了资金。

桑迪亚还投资光学微芯片，因为它们比传统芯片传输更多信息。但楚说，制造方面的挑战阻碍了它们的广泛采用。他说，尽管这项技术在科学界众所周知，但在大多数微芯片上，电子技术仍然占据主导地位。

桑迪亚拥有构建光子电路的工作平台，致力于支持未来几年进行光子学研究和开发的行业和其他机构。桑迪亚研究目前不受CHIPS法案资助。

“我们知道我们的流程是可扩展的，所以这是我们支持CHIPS法案使命的一种方式，”Chu说。“桑迪亚渴望与其他人合作并开始共同构建新技术。”

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