光电融合破解带宽、能耗难题

张新全，余少华

(1. 中国信息通信科技集团有限公司，武汉 430074； 2. 光纤通信技术和网络国家重点实验室，武汉 430074)

0 引 言

光子和电子具有不同的物理特性，但都可以作为信息载体，两者在信息领域各有优、劣势。光子技术和电子技术是典型的“使能技术”，是几乎所有其他领域技术发展的支撑。两者又是典型的“工程科技”，将科学发现和技术创新与产业发展紧密结合[1]。

过去50年里，单位无线频谱中传送的信息量两年半翻一番，光纤骨干网传输带宽9～12个月翻一番。集成电路规模按照摩尔定律18～24个月集成度翻番的目标指数级增长60多年，其间集成电路尺寸缩小了一万倍，性能提高了十万倍，成本降低了百万至近亿倍。这些信息技术的进步还有多大空间？还能持续多久？未来50至100年如果继续维持指数级增长，靠什么理论？什么技术？

毋庸讳言，经过几十年高速发展的信息技术正面临带宽、能耗等维度愈来愈严峻的挑战[2]，芯片上的晶体管密度很难按照摩尔定律继续提升。由于光子技术的长项正在于大带宽、低能耗和高速率，人们期望通过光电融合推动信息技术继续向前发展。

本文简要介绍了从光学到光子学的发展历程，基于光子、电子各自的特性分析了信息领域光子、电子的发展水平和差异，在阐述了电子信息技术面临的诸多挑战后，提出光子电子并重、光电融合的光电信息时代，并给出了发展信息光子技术的4点建议。

1 光学发展进入光子时代

光学是研究光的本性、光的产生和传播、光与物质相互作用的科学[3-4]。……