硅基二氧化硅陣列波導(dǎo)光柵（AWG）芯片產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

 “一個(gè)快速反應(yīng)、可靠保證的光網(wǎng)絡(luò)，將對(duì)信息化應(yīng)用起到強(qiáng)大的支撐作用，為我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，向數(shù)字化、向智能化提升起到積極的促進(jìn)作用。”近日，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員安俊明在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示。

目前，全球已進(jìn)入5G規(guī)模商用的重要發(fā)展時(shí)期。安俊明正帶領(lǐng)課題組對(duì)自主研發(fā)的5G前傳循環(huán)型陣列波導(dǎo)光柵（AWG）芯片及模塊進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，安俊明透露：“我們的新產(chǎn)品已設(shè)計(jì)定型，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移階段。”

國(guó)產(chǎn)AWG芯片技術(shù)崛起

安俊明首先對(duì)AWG做了通俗易懂的解釋，AWG可以將多路不同顏色（即不同波長(zhǎng)）的光信號(hào)合成一路，或者將一路不同波長(zhǎng)信息分開，通過每種顏色光加載不同的信息，實(shí)現(xiàn)單根光纖同時(shí)傳輸多路信號(hào)，最終在不增加光纖鋪設(shè)的情況下大幅提升光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率。

AWG主要應(yīng)用于高速骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)中心及下一代無線網(wǎng)絡(luò)信息傳輸領(lǐng)域。一直以來，全球AWG芯片市場(chǎng)主要被歐美、日韓企業(yè)占領(lǐng)，當(dāng)記者問及“為什么國(guó)產(chǎn)AWG芯片發(fā)展緩慢，是什么原因造成的”，安俊明的回答是：“AWG產(chǎn)業(yè)化需要大量資金、高素質(zhì)專業(yè)人才隊(duì)伍和比較長(zhǎng)的周期。”

前期，國(guó)家在AWG芯片相關(guān)的研發(fā)上投入了較多的經(jīng)費(fèi)，相關(guān)科研單位在技術(shù)上有一定的積累。但安俊明指出：“AWG芯片產(chǎn)業(yè)化需要上億元的資金投入、國(guó)家對(duì)于產(chǎn)業(yè)化資金投入較少，科研單位也沒有能力籌集產(chǎn)業(yè)化資金，而一般中小型企業(yè)盈利能力有限，無法承擔(dān)相應(yīng)的投資風(fēng)險(xiǎn)，只能從事下游封裝業(yè)務(wù)，購買國(guó)外芯片。另外，專業(yè)人才隊(duì)伍大多集中在科研單位，投資者對(duì)AWG芯片漫長(zhǎng)的投資回收周期缺乏耐心，從而導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)AWG芯片發(fā)展緩慢。”

20世紀(jì)90年代末，安俊明課題組便開始從事硅基光波導(dǎo)AWG材料及器件的研究工作，先后承擔(dān)并完成了國(guó)家“863”“973”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，以及國(guó)家自然科學(xué)基金等多項(xiàng)重大科研項(xiàng)目的研究工作，團(tuán)隊(duì)積累了大量芯片設(shè)計(jì)與加工的經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)。

在研發(fā)過程中，安俊明課題組面臨著材料生長(zhǎng)、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力消除等難點(diǎn)問題，團(tuán)隊(duì)通過分工合作，深入開展了硅基二氧化硅光波導(dǎo)器件產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的研究與開發(fā)，系統(tǒng)解決了大規(guī)模復(fù)雜集成波導(dǎo)模式平滑轉(zhuǎn)換，低應(yīng)力波導(dǎo)摻雜生長(zhǎng)機(jī)制等問題，實(shí)現(xiàn)硅基二氧化硅陣列波導(dǎo)光柵的設(shè)計(jì)、制造等關(guān)鍵技術(shù)突破。

當(dāng)前，安俊明課題組研發(fā)的AWG芯片已完成設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)、銷售階段。

選擇產(chǎn)業(yè)化合作對(duì)象

2010年起，一家來自河南鶴壁的企業(yè)——河南仕佳光子科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱仕佳光子，現(xiàn)已變更為河南仕佳光子科技股份有限公司）頻頻找到安俊明課題組，希望尋求合作。安俊明回憶道，“當(dāng)時(shí)仕佳光子負(fù)責(zé)人的誠意打動(dòng)了我們。自從跟我們課題組對(duì)接上后，這家企業(yè)的負(fù)責(zé)人每月至少專門跑兩趟北京，同時(shí)每個(gè)月接我們的團(tuán)隊(duì)到鄭州或鶴壁參觀洽談，前前后后堅(jiān)持了整整一年。”

最終雙方達(dá)成一致，安俊明課題組的技術(shù)成果正式落戶鶴壁。“最初合作的是國(guó)家寬帶戰(zhàn)略、光纖到戶PLC（平面光波回路）光分路器芯片。”安俊明告訴記者，“該系列芯片已廣泛應(yīng)用于我國(guó)光纖到戶的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)寬帶接入網(wǎng)核心PLC光分路器芯片的國(guó)產(chǎn)化。”

芯片是個(gè)長(zhǎng)周期、大投入的產(chǎn)品，三五年之內(nèi)想實(shí)現(xiàn)盈利，基本不可能。在從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)的推廣過程中，安俊明團(tuán)隊(duì)遇到了各種各樣的困難，比如，半導(dǎo)體器件研發(fā)、生產(chǎn)需要大量資金投入；從實(shí)驗(yàn)室出來的科研成果到大批量生產(chǎn)之間尚有很大距離，科研人員更善于做樣品，對(duì)生產(chǎn)線上的事情不在行；企業(yè)產(chǎn)業(yè)化需要低成本、高可靠性、高成品率；等我們芯片做出來，屬于市場(chǎng)后入者，推廣難度很大，等等。

為此，安俊明課題組與合作企業(yè)共同努力磨合，深刻理解作為芯片產(chǎn)品所具有的基本要素后，最終實(shí)現(xiàn)了AWG芯片的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。“我們雙方不僅實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品性能優(yōu)異，也實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化所要求的高良率、低成本，使得自主研發(fā)的AWG芯片在與國(guó)外芯片激烈競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。”安俊明說。

各方支持加速替代進(jìn)口

合作以來，仕佳光子PLC光分路器兩大系列已有20余個(gè)種類由安俊明主持設(shè)計(jì)，這些產(chǎn)品累計(jì)實(shí)現(xiàn)銷售收入達(dá)數(shù)億元人民幣，促進(jìn)了我國(guó)光纖到戶國(guó)家寬帶戰(zhàn)略核心芯片的國(guó)產(chǎn)化，為國(guó)家寬帶建設(shè)節(jié)約了上億美元外匯。

2018年7月，安俊明課題組的AWG芯片產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目入選中科院弘光專項(xiàng)，在研究所和中科院的支持下，加快了AWG芯片產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

由于中科院和半導(dǎo)體所的支持，以及研究團(tuán)隊(duì)和仕佳光子技術(shù)團(tuán)隊(duì)的共同努力，我國(guó)AWG芯片實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)到工藝及產(chǎn)業(yè)化自主可控。安俊明對(duì)發(fā)展現(xiàn)狀基本滿意，談及未來他表示，行業(yè)內(nèi)和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注得比較多的是下一代無線網(wǎng)絡(luò)，千兆入戶技術(shù)，因此需要進(jìn)一步加快國(guó)產(chǎn)芯片替代進(jìn)口芯片的進(jìn)度，加快在下一代無線網(wǎng)絡(luò)、千兆入戶等高端AWG芯片的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

安俊明課題組和仕佳光子技術(shù)團(tuán)隊(duì)已與運(yùn)營(yíng)商標(biāo)準(zhǔn)研究院和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)軍企業(yè)開展深入密切合作，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案制定階段，就切入核心AWG芯片的需求對(duì)接及產(chǎn)品研發(fā)，使高端AWG芯片產(chǎn)品可以在5G網(wǎng)絡(luò)、超級(jí)數(shù)據(jù)中心中得到應(yīng)用，有望從并跑向領(lǐng)跑邁進(jìn)。

（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》2019-06-27 第5版 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化)