当前时间： 2026-04-22 10:49:23
更新时间： 2026-04-22
分类：软件教程
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全新AI时代的到来对光器件技术提出新挑战!
自2023年起，随着以“ChatGPT”为代表的生成式AI迅速发展，市场对数据中心的需求正在急速增长。与传统的数据中心相比，AI数据中心需要完成训练，推理等庞大的计算任务，其网络传输容量需求更是达到以往的数十倍之多。要实现AI数据中心所需的高速大容量通信传输，”光器件”至关重要。其中，采用半导体激光器的发送端光器件——即光源部分，正日益成为社会迫切需求的核心。本次特辑将基于住友电工集团应对市场需求、引领全球技术前沿的光器件发展现状，展望其未来前景。
光通信现已成为社会基础设施的关键组成部分并惠及众人。随着信息流量的不断扩大，金属电缆向光纤光缆的转变正在加速，因为光纤能够稳定地以高速度在远距离上传输大量数据。在光通信中，信号在发送端从电信号转换为光信号，通过光纤传输，然后在接收端由光电探测器转换回电信号。关键在于“光源”。现在，人们主要采用发光元件“半导体激光器”作为光通信的光源。这种光源能够发出具有相同波长和相位的光，从而实现高速度、长距离的稳定数据传输。它是住友电气集团多年来一直致力研发的光器件。随着数据中心通信流量的增长，对数据中心处理更快速、更高容量通信以及降低功耗的需求日益迫切。
随着生成性AI的出现，数据中心正逐渐转型为AI数据中心。与以往类型最大的区别在于其为AI计算量身定制的高处理能力。AI数据中心搭载了多种专门针对AI设计的硬件组件，包括图形处理单元（Graphics Processing Unit，以下简称GPU），使得AI能够高速学习和分析海量数据。企业和研究机构必须要处理的计算和数据量正在飞速增加；光器件成为高速稳定传输这一庞大数据量的重要组成部分。
住友电工集团旗下的住友电工Device Innovation株式会社（以下简称SEDI）负责光器件业务。SEDI在日本设有两个业务基地，一个在横滨，一个在山梨。此外，公司在越南设有制造基地，并在欧洲、美国和中国设有开发支援部门，专注于光通信和无线通信器件的设计、开发和制造。其核心竞争力在于仅靠自身就能从材料开发到最终产品，提供光学和无线通信的解决方案。
领导SEDI的为社长兼首席执行官岩馆弘刚。他自入职以来，一直致力于光器件的业务，并于2025年6月担任现职。岩馆弘刚表示：“数据流量的爆炸性增长需要能够实现高速大容量数据传输的光器件。我们迅速而切实地响应了这一需求。我们制造用于光通信的光器件，这些器件连接数据中心内部及数据中心之间的设备。‘电吸收调制激光器（Electro-absorption Modulator integrated Laser，以下简称, EML）’和‘连续波激光器（CW-LD）’被安装在数据中心内部。这些激光器可以同时通过光纤发送多个波长的光，用于数据中心之间的连接。EML是一款具有约40年历史的产品，我们在全球‘EML’市场中占据了领先的市场份额。‘CW-LD’则实现了高效率、大功率和小尺寸，并已在全球市场中占据主导地位。”
SEDI的主力产品之一——电吸收调制激光器（EML），集成了能稳定发射单一波长（颜色）光信号的半导体激光器（分布式反馈激光器）与电吸收调制器。传统通过直接调制半导体激光器电流以实现高速开关的方法存在信号劣化问题，而电吸收调制器的开发正是为了解决这一挑战。该器件通过快速切换激光的透射与阻断状态，有效避免了信号衰减。一直以来，市场对EML的要求始终朝着更高速、更低功耗的方向发展。
光器件事业部光元件设计部门的前川享平负责设计工作。，他表示“要实现更高速度，必须降低调制器的静电电容。为此，缩短调制器长度是有效手段，但这里存在一个矛盾：长度缩短会导致信号强度减弱，进而引发通信误码。我们的目标是通过优化电吸收调制器的内部结构，同时实现高速与高信号强度的双重特性。半导体激光器通过极微小的电子阱结构发光，这种结构被称为’量子阱’。通过堆叠多层量子阱形成多量子阱结构，并对其能带结构进行优化，就能实现更快速、更高效的发光。这正是我们当前重点研发的方向。”
产品开发部的本田昌宽负责项目管理，他的工作聚焦于倾听客户需求并将其反馈融入产品设计。目前，他正致力于推动名为“差分驱动EML”的新技术开发。“驱动”指的是从外部施加电信号以使光器件正常运行的操作方式。“传统的电吸收调制器采用单一电信号驱动。差分驱动EML则升级为可通过双电信号驱动。此项开发的背景源于客户对更高速度与更低功耗的需求。使用双电信号能够有效抑制外部噪声干扰——这种干扰会随着速度提升而愈发显著。此外，电信号的振幅可随之降低，这意味着功耗也存在优化空间。”差分驱动EML在数据中心等追求高速与节能的领域中具有重要意义。该器件将持续融合客户的改进需求不断迭代优化，并朝着实现规模化量产的目标稳步推进。
SEDI的另一个主力产品——连续波激光器（CW-LD）正日益成为数据中心市场的主力器件，由光元件设计部的青山康之祐负责设计。CW-LD是一种能够持续稳定地发射特定波长光的半导体激光器。该器件不内置调制器，而是将电光转换功能交由外部调制器实现。青山目前正致力于探索如何以更高效率实现更高的功率输出。“在提高输出功率时，漏电始终是需要解决的问题。它会导致功率转换效率显著下降。为减少漏电，我们在衬底晶体生长过程中精确控制温度与气体比例，反复研究所需杂质的种类和含量。此外，我们扩大了发光有源层的宽度，以更高效地获取光线，同时通过分离不同电性功能的部件，优化了功率分配方案。这些措施最终实现了高光输出功率与高功率转换效率。目前我们已进入启动量产阶段。”
针对市场需求，SEDI持续供应高速、大容量且低功耗的光器件。住友电工的传输器件研究所为其提供了先导支持。预计到21世纪30年代，光通信的传输速度将达到10 Tbps量级。然而，传统的单一材料光学器件在高速运行方面正趋近极限，亟需实现技术突破。为攻克这一艰巨挑战，业界焦点集中于异质材料集成技术。这是一项将不同元件组合集成的关键技术。研究所光元件研究部的八木英树长年来一直奋斗在研发最前线。“简而言之，这是一项融合磷化铟化合物半导体与硅光子学*优势的技术。通过将磷化铟光源和调制器精准键合至用于导光控光的硅衬底上，既能发挥化合物半导体的高速特性，又可借助硅光子技术实现小型化与低功耗。目前我们正着力开发基于氧气键合的集成技术。为实现这一目标，我们深刻认识到必须同步掌握硅材料与磷化铟材料的物性认知、加工工艺及关键技术。我们将全力突破这一技术壁垒，稳步推进稳定量产进程。”
传输器件研究所推进的另一大课题是“超大功率CW-LD”。这是一种采用“光子晶体面发射激光器（PCSEL）”的新一代半导体激光器。这种半导体激光器可从芯片表面发射出均匀的光，和以往从端面发射光的半导体激光器相比，可实现更大功率。光元件研究部部长柳泽昌辉统管其相关研发。“使用半导体激光器时，为获得大功率就要扩大发光面积，可这样一来又会导致光束品质下降。PCSEL便解决了这一难题。它采用被称为光子晶体的结构，可在避免光束品质劣化的同时，实现大功率化。”
报道来源：https://sumitomoelectric.com/cn/id/project/v27/01
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