近日，中国移动研究院成功自主研制出首款新结构硅基外腔混合集成光源芯片。该芯片凭借34.2 Hz本征线宽（衡量信号频率稳定性的核心指标），实现了相位噪声比现有产品降低三个量级（本征线宽从数十kHz降低到数十Hz）的突破性进展，为T比特级（每秒可传送万亿比特数据）下一代光传输激光器演进提供了全新解决方案。其研究成果“Sub-Hz linewidth fully integrated photonic microwave generation based on low noise hybrid InP/Si₃N₄ comb laser”被光学领域顶级学术期刊Photonics Research录用（影响因子7.2，中科院1区TOP）。
面向T比特级代际演进，“扩波段”和“提速率”是两个首要挑战。一方面，频谱需在现有C+L波段基础上进一步扩展，潜在的S+C+L波段覆盖范围将由100nm提升到180nm；另一方面，信号波特率将有望由130GBaud提升至200GBaud。以上两点均对T比特级代际演进中光传输芯片的性能提出了严峻挑战。同时，相较于相对成熟的电芯片，光芯片的创新往往依赖于新物理机制与新材料突破。因此，开展光传输基础芯片创新研究，对中国移动把控下一代光传输技术演进、引领T比特级代际革新具有战略意义。
中国移动研究院以T比特级高速相干光通信的“引擎”——可调谐窄线宽激光器为核心突破口，系统性地布局超宽谱、超高速光传输基础芯片研究。针对T比特级波段扩展和速率提升两大核心挑战，团队通过三大技术创新突破了传统方案的瓶颈，实现波段覆盖提升100%、线宽降低三个量级的性能提升，为T比特级光传输系统的实现奠定坚实的高性能芯片基础。
自研硅基外腔激光器(a)晶圆及(b)芯片（片上刻蚀CMRI标识）
第一，新型外腔结构，无损扩展调谐范围。创新提出“反向游标”结构，相比传统结构在实现调谐范围倍增的同时不引入额外差损，解决了传统方案在宽谱调谐与精细化选频之间的结构性矛盾。该芯片可实现超200nm超宽谱调谐，相比现有商用产品提升100%，能够支持T比特系统中S+C+L乃至更宽波段的一体化覆盖。
第二，攻克增益瓶颈，实现多波段无缝切换。提出多波段增益耦合结构，突破传统方案中单增益芯片对波段范围的限制，并通过一体化外腔选频设计，实现多波段无缝切换。
第三，低损氮化硅谐振腔，线宽性能实现突破。采用超低损耗氮化硅谐振腔混合集成技术，实现小于百Hz的超窄洛伦兹线宽，仅为现有商用产品的千分之一，可将通信中相位相关数字信号处理开销降低三个量级。
项目团队历经三年攻关，全程主导从结构设计、参数仿真到版图布局、流片封装、原型验证全流程研发，先后完成两次晶圆迭代流片以及七次原型封装验证，编写芯片核心结构代码数千行。在实现调谐范围、线宽等关键性能指标突破的同时，通过优化结构设计和版图布局，将芯片面积缩减90%，达到1.5mm×4mm，且兼容标准的紧凑型nano封装，具备产品化应用前景。该芯片是中国移动首款全自研光源芯片，从设计、制备到封装均在国内完成，实现了全链条自主可控。
未来，中国移动研究院将持续深化光传输芯片基础研究，强化自主可控技术攻关，携手产业伙伴加速技术成果转化与应用推广，为构建高品质传输网络筑牢核心创新基石。
