随着移动通信与人工智能技术的飞速发展，全球数据流量呈指数级增长。预计到2030年代，单个光收发器所需的数据传输速率将突破10太比特每秒（Tbps）。与此同时，衡量电力效率的指标“每比特皮焦耳（pJ/bit）”也需大幅优化，以满足分布式计算的需求。然而，传统基于磷化铟（InP）或单一硅光子技术的器件，在兼顾10Tbps高速传输与低功耗方面已触及瓶颈。日本技术研究组合“光电子融合基盘技术研究所（PETRA）”近日宣布，通过光电子协同设计与异质材料集成技术，成功开发出新型低功耗光数字模拟转换器（DAC）及小型化调制器、接收器模块，为突破这一瓶颈提供了关键路径。
PETRA联合东京科学大学与东京大学，在即将于美国洛杉矶举办的全球最大光通信展会OFC 2026上，将展示三项核心成果。其核心突破在于利用光电子协同设计技术，重新划分光路与电子路的职能，并在硅光平台上异质集成InP有源区域。这种架构不仅实现了光域内的数字模拟转换，大幅削减了传统电DAC与线性放大器的功耗，还通过Chip-on-Wafer键合工艺，将高速高灵敏度的InP光电二极管集成于硅光回路之上，解决了传统硅基器件在L波段（1565-1612nm）接收灵敏度低的问题。
在光DAC发射机方面，传统数字相干传输系统中，DSP输出的电信号需经电DAC和线性放大器处理，功耗巨大。PETRA开发的光DAC转换器直接在光回路上同步完成调制与DAC处理，成功省略了电DAC与线性放大器，实测功耗较现有发射机降低约50%。此外，通过引入时间交织架构，模拟仿真已确认其具备100 Gbaud级的高速动作能力，这是迈向10Tbps传输速率的基石技术。
针对多值调制器，研究团队利用异质材料集成技术，在马赫-曾德尔（MZ）调制器的高频调制部采用InP材料，实现了0.42 Vπcm的高调制效率，同时将非调制部分的光回路设计为硅波导，使器件尺寸缩小至传统硅MZ调制器的一半以下。原理验证中，团队首次将异质集成调制器应用于光DAC，集成驱动电路后成功实现了64 Gbaud 16QAM的高质量动作，未来经优化后可支持100 Gbaud以上的高速低功耗传输。
在接收器领域，针对硅基器件在L波段灵敏度不足的痛点，PETRA开发了在小型硅光回路上集成InP光电二极管的技术。实测表明，该小型相干接收器在L波段边缘的接收灵敏度是传统器件的2倍以上。搭载该器件的试作模块成功接收了100 Gbaud 16QAM信号，证明了其在利用L波段扩容的大容量数字相干传输中，能有效降低光收发器的整体功耗。
日本在光电子融合领域长期深耕，PETRA作为NEDO（日本新能源产业技术综合开发机构）支持的产学研联合体，其技术路线代表了从单一材料向异质集成、从电光分离向光协同设计的演进趋势。对于中国光通信产业而言，面对2030年10Tbps光模块的迫切需求，这种通过架构创新（如光域DAC）和材料创新（InP/Si异质集成）来突破功耗墙的思路极具参考价值。中国企业在推进硅光芯片量产的同时，应重点关注光电路协同设计算法与先进键合工艺的融合，以在下一代超高速、超低功耗光互联技术竞争中占据主动，加速国产光模块向10Tbps时代迈进。