“光电子与微电子器件及集成”重点专项2019 年度项目申报指南建议（征求意见稿）

国家重点研发计划启动实施“光电子与微电子器件及集成”重点专项的总体目标是：发展信息传输、处理与感知的光电子与微电子集成芯片、器件与模块技术，构建全链条光电子与微电子器件研发体系，推动信息领域中的核心芯片与器件研发取得重大突破，改变我国网络信息领域中的核心元器件受制于人的被动局面，支撑通信网络、高性能计算、物联网等应用领域的自主可控发展，满足国家发展战略需求。

本重点专项按照核心光电子芯片、光电子芯片共性支撑技术、集成电路与系统芯片、集成电路设计方法学和器件工艺技术 5 个创新链（技术方向）进行部署，专项实施周期为5 年（2018—2022年）。

各研究任务要求以项目为单元整体组织申报，项目须覆盖所申报指南方向二级标题下的所有研究内容并实现对应的研究目标。

1.核心光电子芯片

1.1多相位调制格式的光电集成芯片和模块（共性关键技术类）

研究内容：聚焦多相位调制格式的光电集成芯片和模块， 研究硅光相干光芯片的设计和工艺，实现调制器，ICR 等单元功能的单片集成；研究相干光模块的小型化封装技术，实 现硅光芯片的高频封装；研究面向相干光模块小型化的需求，实现 DSP、硅光相干收发芯片、driver、TIA 的共基板高密度集成，支持 BGA 封装和非气密封装，能分别集成进 CFP2 和 QSFP-DD 尺寸标准的光模块内。

考核指标：可支持波特率≥64Gbaud,发光功率≥-4dBm,工作波段覆盖 C 波段，工作温度范围-40~85度，B2B 极限OSNR：10.5dB@100Gb/s QPSK,13dB@200Gb/s QPSK,16dB@200Gb/s16QAM,21dB@400Gb/s DCI ,24dB@400Gb/s ZR。具备批量生产能力，实现批量推广应用和销售，申请发明专利 30 项以上。

1.2面向骨干网相干传输的关键芯片、模块和系统验证(共性关键技术类)

研究内容：聚焦骨干网相干传输的关键芯片、模块和系统验证，研究骨干网相干传输系统用的国产化芯片、模块和系统；研究高可靠性、高成品率的高阶调制发射芯片和相干接收芯片；开发出符合商业标准的 100Gb/s 净数据率的收发模块；研究相干光芯片和器件的 C+L 波段传输特性；完成骨干网长距离传输的验证和应用，实现国产芯片的产品化，在运营商设备中得到应用。

考核指标：调制器、探测器工作波特率为 28GBaud/s 以上，单波长传输的净数据率为 100Gb/s，传输距离不低于 1000 公里，单段跨距不低于 80 公里，满足 C+L 波段传输。在运营商的波分复用系统中进行现场演示验证，波长间隔≤50GHz。研制的国产化核心光芯片，具备批量生产能力，实现批量推 广应用和销售；掌握核心关键技术，申请发明专利 30 项以上。

1.3 Pb/s 级大容量光交换光电子集成芯片与模块(共性关键技术类)

研究内容：聚焦大容量光交换光电子集成芯片与模块， 研究大阵列高速低功耗超大容量光交换芯片关键技术，包括高性能光开关单元光学结构和低功耗驱动结构设计；研究大阵列高速低功耗波长路由芯片关键技术，实现大规模高速波长可切换激光器阵列和高速调制器阵列技术及大阵列波长路由器集成芯片设计与制备方法；研究大阵列可重构光分插复用器芯片关键技术，包括光集成平台的分光与光路切换技术和大端口数的集成波长选择性光开关器件关键技术；研究大阵列光交换芯片光学与电学封装关键技术，解决光子器件高密度集成时热串扰问题，提高芯片热稳定性；研究大阵列光交换芯片驱动控制与系统验证关键技术，研制控制逻辑驱动数模转换器，实现多路模拟输出电源电路技术。

考核指标：研制出大阵列高速低功耗超大容量光交换芯片、大阵列高速低功耗波长路由芯片、大阵列可重构光分插复用器芯片三款芯片，完成光交换模块的系统传输测试，≥1Pb/s、单通道（波长）传输速率≥400Gb/s、端口数量≥32×32、 切换时间≤1ms、串扰≤-30dB；具备批量生产能力，实现批量推广应用，申请发明专利 30 项以上。

1.4多层交叉结构的光子集成芯片（基础前沿类）

研究内容：聚焦基于硅基多维度交叉结构的光子集成芯片，研究硅基层内和层间交叉结构及其三维集成技术，包括任意层间实现高效低串扰波导耦合的方法；研究层内可快速重构光交叉连接器、超小尺寸层内和层间光交叉连接器、以及任意层间可快速重构三维光交叉连接器等核心单元器件 技术；研制 CMOS 兼容的硅基多层三维集成芯片及其工艺技术、三维多层光子芯片的高效快速测试方法。

考核指标：每层包含≥4×4 光交叉连接阵列，任意两层间可实现可重构光互连，从而构成规模≥4×4×3 的三维可重构光交叉阵列。交叉连接重构时间≤10 纳秒， 层内波导损耗≤1dB/cm，层内光交叉连接插损≤3dB，层间耦合结构尺寸≤10μm×10μm，层间耦合效率≥80%, 层间三维光交叉连接插损≤4 dB，层间波导串扰≤- 50 dB。实现典型场景的应用演示， 申请发明专利 20 项以上，发表论文 80 篇以上。

组织方式：公开发布，拟支持 1 个项目。

1.5硅基可编程重构全光信号处理芯片（基础前沿类）

研究内容：聚焦可编程宽带全光处理集成芯片，突破超低损耗、超高密度、大规模硅基光子信号处理芯片的关键技术，制备 CMOS 工艺兼容的硅基可编程重构光子信号处理芯片，实现多功能可重构滤波器、各类非线性信号处理器件（逻辑运算、再生等），并在此基础上实现硅基多通道全光混叠集成器件，实现整个芯片的电学、光学封装，完成驱动电路和控制芯片以及可编程控制软件，进行系统应用实验，从而支撑高速多功能信号处理的发展。

考核指标：研制出波导损耗≤0.6dB/cm，Q 值≥1×105、低插入损耗可调滤波器；研制出可编程重构信号处理芯片，带宽 可 调 范 围 ≥ 100MHz-40GHz ； FSR 可 调 范 围 ≥ 10GHz-200GHz；研制出单通道 100Gb/s 硅基可编程光子逻辑阵列器件和高维度多值逻辑运算器件；实现高阶调制格式的信号再生，非线性转换效率不低于-15dB；实现可编程重 构全光信号处理芯片复杂逻辑功能和多维运算灵活拓展；实现不少于 8 个通道的电学、光学封装，完成外部驱动电路和控制芯片，具有软件可编程功能并实现系统验证。实现典型场景的应用演示，申请发明专利 20 项以上，发表论文 80 篇以上。

1.6大容量光传输 CDCG-ROADM 系统关键光芯片与模块（共性关键技术类）

研究内容：聚焦大容量光传输 CDCG-ROADM 系统的发展需求，研究开发液晶核心芯片理论设计和制作工艺、超精细可变带宽光交换传输控制算法、大像元阵列液晶芯片控制电路、多维超光谱子带光学系统设计及优化、大尺寸光电器件的低成本气密性封装；研制面向城域网及以下光网络系统应用的波长选择开关器件；研制面向骨干网及其它专门网络应用的波长选择开关器件。

考核指标：应用于城域网及以下光网络系统的波长选择开关器件的端口数为 1×20 、插入损耗≤9dB、带宽可调步进 12.5GHz 的；应用于骨干网及其它专门网络的波长选择开关器件的端口数为 2×1×20 、插入损耗≤12dB、带宽可调步进 6.25GHz； 上述两种器件实现 CDCG-ROADM 系统演示和测试验证，通过客户测试验证。申请发明专利 30 项以上。

1.7面向单通道 50Gb PON 核心光芯片和电芯片（共性关键技术类）

研究内容：聚焦 50G 光接入应用的核心光芯片和电芯片， 研究高速 EML 芯片的材料生长技术，大功率 EML 芯片的设计和工艺实现方法；研究高速 DML 芯片的设计和工艺；研 究高速 APD 芯片的设计和工艺实现方法；高速 EML 和 APD 芯片的长期可靠性研究；针对 PON 上行应用，研究超高速突发模式光收发电芯片，50Gb/s 突发快速响应跨阻放大器(TIA)芯片的电路设计与实现方法，50Gb/s 突发快速响应限幅放大器(LA)芯片的电路设计与实现方法，50Gb/s 突发快速响应时钟数据恢复(CDR)芯片的电路设计与实现方法；研究超高速突发模式 DML 激光驱动器技术，50Gb/s 突发快速响应 DML 激光驱动器芯片的电路设计与实现方法。

考核指标：50G EML 3dB 带宽≥38GHz，调制发射功率不低于 6dBm；50G APD 3dB 带宽不低于 35GHz，接收灵敏度至少-20dBm@1E-3；50G DML 3dB 带宽≥38GHz，调制发射功率不低于6dBm，ER 不低于4dB，工作波长支持O 波段。 50Gb/s 突发 TIA 的响应时间≤200ns，小信号电带宽(3dB)≥35 GHz @ APD 电容=22fF；50Gb/s 突发 LA 芯片的响应时间≤200ns，输出数据幅度典型值为 400mVpp， 接收灵敏度≤40mVpp；50Gb/s 突发 CDR 芯片的锁定时间≤200ns，恢复数据抖动典型值为 8ps-pp，输出数据幅度典型值为 400mVpp； 50Gb/s 突发 DML 激光驱动器芯片的突发响应时间典型值为15ns，调制电流典型值为 80mA，偏置电流典型值为 100mA。具备批量生产能力，实现批量推广应用，申请发明专利 30 项以上。

1.8基于高线性 DFB 和 PAM4 调制的 100G 光芯片与模块（共性关键技术类）

研究内容：聚焦基于 PAM4 调制格式光通信应用的光电子集成芯片与模块，研究高线性 DFB 激光器及其高速调制性能，研究高灵敏度高速探测器，支持 112Gb/s 多电平 PAM4 调制；研究低成本 112Gb/s 光模块技术，研究高速信号处理均衡算法，补偿低带宽光器件引起的光传输性能损失，实现基于低成本串行 112Gb/s 光模块的 10km 点对点光纤传输， 并且无需色散补偿模块；开展该类光芯片与模块的可靠性研究。

考核指标：研制出串行 112Gb/s PAM4 光口 QSFP 封装光模块（10km），功耗≤3.5W，波长 1310nm，平均发送功率≥-1.4dBm，接收灵敏度（OMAouter）≤-6.1dBm@1E-3。完成高线性DFB 发送光芯片研制，3dB 带宽≥20GHz，波长1310nm， ER 不低于 3.5dB；完成高速探测器芯片研制，3dB带宽≥20GHz。完成 112Gb/s PAM4 信号在 DFB 激光器调制的预均衡和接收信号高性能均衡处理芯片，支持 FEC（前向纠错编码），纠前误码率≥1E-3。具备批量生产能力，实现批量推广应用，申请发明专利 30 项以上。

1.9 CMOS 工艺兼容的光互连集成芯片技术（基础前沿类）

研究内容：聚焦数据中心和超级计算机应用，掌握高密度、低功耗和大容量的 CMOS 工艺兼容硅基光互连芯片关键技术。研究硅基片上激光器集成阵列；研究高速率、低偏压、低插损硅基电光调制器阵列；研究硅基高速高灵敏光电探测器阵列；研究可动态分配带宽的高密度复用器件。

考核指标：实现 CMOS 工艺兼容的单片集成硅基光收发集成芯片，通道数≥40，单通道速率≥28Gb/s，总数据速率达到Tb/s 以上；芯片尺寸≤60mm×60mm，容量密度≥25Gbps/cm2，芯片功耗≤5mW/Gbps。完成高速高密封装，实验验证 40 通 道的收发并测试误码率，实现典型场景的应用演示，申请发 明专利 20 项以上，发表论文 80 篇以上。

1.10面向数据中心的光互连芯片、模块和系统应用（共性关键技术类）

研究内容：聚焦数据中心高速光互连应用的核心光电子芯片，研究光互连用 400Gb/s 并行光收发器件用高功率激光器芯片、高速激光器芯片、高速调制器芯片及高速光探测器芯片；研究高性价比的光收发器件封装技术；研究光模块高速电互连技术，开发 400Gb/s 并行光收发模块；研究 400Gb/s 并行光收发模块在数据中心光互连中的应用技术；研究高集成度单波 400Gb/s 相干光芯片技术；研究小尺寸低功耗单波400Gb/s 集成相干收发光组件和光模块技术，支持 ZR；完成上述模块在数据中心中的验证和应用。

考核指标：针对 400Gb/s 中距并行模块：调制器芯片带宽≥45 GHz、消光比≥3.5dB；探测器芯片带宽≥45GHz；激光器芯片出光功率≥70mW，收端灵敏度≤-5dBm@BER 2E-4； 收发模块单通道输出功率≥-2dBm，模块消光比≥3.5dB。传输总速率达到 400Gb/s，总功耗≤12W；完成系统功能演示，传输距离≥500m 。 针对 400Gb/s 短距并行模块：芯片速率满足 56Gb/s，工作波长 840~860nm，阈值电流≤1.5mA；探测器芯片接收波长 830~870nm，探测器带宽≥20GHz,暗电流≤0.1nA，响应度≥0.5A/W，收端灵敏度≤-7dBm@BER 2E-4； 实现多通道集成化光收发模块，传输总速率达到 400Gb/s， 总功耗≤10W；完成系统功能演示，传输距离≥100m 。相干光芯片收发带宽≥40GHz；相干收发光组件单波调制解调速率≥400Gb/s；封装形式为符合 MSA 标准的可插拔模块，ZR 调制格式，模块单波速率≥400Gb/s，传输距离≥80km。 具备批量生产能力，实现演示和推广应用，申请发明专利 30 项以上。

1.1 15G 前传系统中的关键芯片、模块及系统验证（共性关键技术类）

研究内容：聚焦 5G 前传系统中的关键芯片和模块，研究扩展工业级的高速调制激光器集成芯片与光探测器设计、 制备与可靠性评价技术；研制 25Gb/s 扩展工业级光收发模块。研究 5G 前传扩容场景下的支持单纤双向传输的工业级复用器/解复用器（阵列波导光栅）芯片设计、器件制备与可靠性评价技术；研制工业级的 25Gb/s 波长可调光收发模块。

考核指标：实现工作温度满足-40~+90℃范围的高速调制激光器集成芯片与光探测器芯片，实现光收发模块满足传输速率≥25Gb/s，传输链路损耗≥4 dB（BER≤5×10-5）。 实现工作温度满足-40~+85℃范围的 Cyclic 的复用器/解复用器（阵列波导光栅）芯片，波长格点符合 G.metro 标准，无热模块的波长精度在±50pm 以内，平顶型插损≤6.0dB，相邻串扰≤-25dB。实现工业级 25Gb/s 波长可调光收发模块，波长可调范围覆盖 G.metro 标准波长（20 波）。完成相关器件模块在典型 5G 场景下的应用演示，具备批量生产能力，实现推广应用，申请发明专利 30 项以上。

1.12空间光通信光电子集成芯片与模块(共性关键技术类)

研究内容：聚焦空间成像、光谱探测与导航定位系统对光电子集成芯片与模块的需求，研究半导体激光器的线宽压窄技术、稳频技术和可调谐技术，高灵敏度平衡探测器的噪声抑制技术、抗辐照光放大器的高增益技术等。研制集成化窄线宽高稳频半导体激光器及光发射组件，集成化窄线宽可调谐半导体激光器及光发射组件，集成化窄线宽高速率半导体激光器及光发射组件，抗辐照集成化光放大器，集成化平衡光探测器。

考核指标: 集成化窄线宽高稳频半导体激光器及光发射组件：波长 1550nm/1064nm，线宽≤10kHz、频率稳定度≤10-8（阿伦方差）；集成化窄线宽可调谐半导体激光器及光发射 组件：波长 1550nm/1064nm，线宽≤100kHz、调谐范围≥20GHz；集成化窄线宽高速率半导体激光器及光发射组件： 波长1550nm/1064nm，线宽≤300kHz、调制速率≥20Gb/s。集成化 光放大器：波长 1550nm/1064nm，增益倍数≥37dB、输出功率≥5W、功率降低≤3%@100krad 辐照剂量；集成化平衡光探测器：波长 1550nm/1064nm，速率≥20Gb/s、灵敏度优于-43dBm@10Gb/s、光敏面直径≥50μm。完成相关器件与组件在典型空间光通信场景下的应用演示，具备批量生产能力， 实现推广应用，申请发明专利 30 项以上。

1.13大动态宽带模拟光通信模块(共性关键技术类)

研究内容：聚焦大动态宽带模拟光传输系统对核心光电子芯片与模块的需求，研究用于高稳定本征源的低相噪集成光电振荡器芯片；研究高平坦度的集成光频梳芯片；研究高速并行集成模拟信号光电收发模块；研究用于射频信号光纤远距离稳相传输的光电收发模块；研究用于光网络稳时传输的光电收发模块，光电收发模块能够支持高精度时间信号的光纤传递。

考核指标：实现低相噪集成光电振荡器芯片， 相噪≤-140dBc/Hz@10kHz、输出频率≥20GHz、输出功率≥1dBm； 实现高平坦度集成光频梳芯片，工作波长范围 1525-1565nm、频率梳齿数目≥20 根、梳齿间幅度平坦度≤±1.5dB�

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