通过将光电元件集成到一个共同的衬底上，研究人员在减少分立元件的尺寸和数量方面不断取得进展。
在过去的十年中，大学和企业在集成光电子技术方面做出了重大的研究努力，并取得了切实的进展。其目的是开发构件（building blocks），将系统和部件从 "电子加光学" 转变为这两种技术的无缝融合，正如物理学所定义的那样，这两种技术有很多共同点，也表现出重大差异。
下面的几个例子显示了这些进展的情况。在一个案例中，位于瑞士的著名的洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员通过将稀土离子纳入集成光子电路，建立了一个紧凑型波导放大器。
掺铒光纤放大器（EDFA）自20世纪80年代以来一直被用于为光纤中的光子提供功率增益（图1）。它们在长距离通信电缆和基于光纤的激光器中对提高光信号功率至关重要；记住，光功率是通过增加特定波长的光子数量来提高的，而不是光子本身的 "振幅"，后者是一个固定的数量，完全是波长的函数。使用铒离子是因为它们可以放大1.55毫米波长区域的光，这是硅基光纤传输损耗最低的地方。
图 1 在一个简单的掺铒光纤放大器的设置示意图中，两个激光二极管（LDs）为掺铒光纤提供泵浦功率。
泵浦光通过二色性光纤耦合器注入，而光隔离器降低了该装置对背反射的敏感性。
资料来源：RP Photonics
曾经有人尝试使用掺铒光波导代替明显的光纤，但是功率输出太低，而且生产问题也难以克服。现在，EPFL团队已经建立并测试了一个基于集成电路的掺铒放大器，它可以提供145毫瓦的输出功率和超过30分贝的小信号增益，与商业光纤放大器相当（参见A photonic integrated circuit-based erbium-doped amplifier），如图2所示。
图 2 瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员通过成功地将稀土离子纳入集成光子电路，开发了一种紧凑型波导放大器。
资料来源: EPFL
该装置以离子植入法和超低损耗的氮化硅（Si3N4）光子集成电路为基础，在一个毫米级的占地面积上拥有一个大约半米长的波导结构。该项目通过将光电元件集成到一个共同的衬底上，是向减少分立元件的尺寸和数量迈出的又一步： 有点类似于分立的晶体管和无源器件被集成电路所取代的情况。
英特尔的激光器阵列
在多波长集成光学器件方面也有进展。英特尔实验室展示了一个八波长的分布式反馈（DFB）激光器阵列，它完全集成在一个晶圆上，使用该公司的300毫米硅基光子技术制造工艺制造。它的输出功率均匀性为±0.25 dB，波长间隔均匀性为±6.5%，超过了行业规格。
这种使用密集波分复用（DWDM）技术的共封装光学器件具有大大提高带宽的潜力，同时大大减少了光子芯片的物理尺寸。然而，直到现在，要生产具有均匀波长间隔和功率的DWDM光源还非常困难（图3）。
图 3 图中显示了八个微环调制器和一个光波导，每个微环被调谐到不同波长的光，间距均匀，每个微环可以单独调制。
资料来源: 英特尔
英特尔器件的结构确保了光源波长分离的一致性，同时保持均匀的输出功率，从而满足了光计算互连和DWDM通信的要求之一。 英特尔使用先进的光刻技术，在III-V晶圆键合工艺之前在硅中定义波导光栅，与在3英寸或4英寸III-V晶圆厂生产的传统半导体激光器相比，获得了更好的波长均匀性。
此外，由于激光器的紧密集成，当环境温度发生变化时，阵列可以保持其通道间距 -- 这一直是光学器件的一个主要考虑因素，因为温度引起的漂移会破坏基本的稳定性能。
光学小芯片（Optical chiplets）
虽然这些都是实验室的开发工作，有可能是迈向商业产品的重要步骤，但一些集成光子技术的进展已经进入市场。有英特尔支持的AyarLabs正在提供单片封装的光学I/O（OIO）小芯片。这些集成的硅基光子器件是在多芯片封装（MCP）内用CMOS工艺制造的。如图4所示，它们消除了芯片的电气I/O的瓶颈，提供了电源效率、低延迟和高带宽密度，以满足对性能要求更多更快的无止境追求。
图4 光电一体化方法的不同层次显示出选择范围的递增，完全集成的光子学处于顶端。资料来源: AyarLabs
上述解决方案将TeraPHY（共封装光学I/O小芯片）与SuperNova（多波长光源）相结合，将硅基光子技术与标准CMOS制造工艺相结合，与电气I/O相比，它以1/10的功率提供高达1000倍的带宽密度提升（图5）。
图 5 在这个先进的装配中，TeraPHY OIO小芯片，每个包含多达8个256-Gbps的光端口，采用翻转芯片（flip-chip）连接，
以简化许多光端口的共封装集成，并使装配自动化。资料来源：AyarLabs
我们想知道：我们是否在集成光子技术的多个方面看到了足够的进步，所以我们正在达到一个 "拐点"，在这个拐点上，该技术将在未来几年内开放，我们将迅速过渡到这些器件的广泛设计中？或者，这将是一个缓慢、稳定、渐进的进展，以及相应地采用这些器件和它们所支持的架构的节奏？还是与大规模生产有关的挑战性障碍和问题，会阻碍技术的发展？
让我们在五到十年之后来回顾一下，看看发生了什么。到时候把今天的预测、推断和期望与现实进行比较将会很有趣。
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