硅光芯片为什么开始自己“测光”从Tapless监测到动态功率控制过去讨论硅光芯片时工程重点通常集中在调制器、光探测器、耦合器以及光波导损耗等器件本身。但随着光子集成度继续提高一个越来越现实的问题开始出现芯片内部的光功率到底如何实时知道传统方案往往需要在光路中增加监测支路通过分光器或光功率监测器抽取一部分光再把光信号转换成电信号进行检测。问题也随之出现。一旦需要“抽光”才能测光就意味着光路中增加了额外器件同时会产生一定的光功率开销。对于已经在追求高集成度、低损耗和高能效的硅光芯片而言这种方案并不总是理想。2026年9月Optics Express发表了一项新的研究Self-sensing III-V/Si active diode for tapless optical power regulation in silicon photonic integrated circuits。论文提出利用III-V/Si异质集成有源二极管实现无需传统分光抽头的光功率调节也就是所谓的tapless optical power regulation。这背后的真正变化不是简单增加一个“光功率计”而是尝试让光电器件同时承担感知与控制功能。一、传统硅光芯片为什么需要“抽一部分光”才能监测在典型的集成光路中如果工程人员希望知道某个节点上的实际光功率一种直接方法是在主光路旁增加监测结构。基本过程可以理解为主光信号进入芯片后一小部分光被分离出来被分离出来的光进入光电探测器探测器将光功率转换成电流控制电路根据检测结果调整激光器、调制器或其他有源器件。这种方案技术成熟而且容易理解。但问题是监测本身会改变原来的光路。例如一个监测结构从主光路中抽取一定比例的光那么后级真正能够获得的光功率就会下降。如果一个节点需要多级监测光功率预算就会进一步被消耗。对于传统分立式光模块而言这种代价通常比较容易接受。但对于高度集成的PIC也就是光子集成电路而言情况不同。当几十个甚至更多光学功能集中在一块芯片上时每增加一个耦合器、分光器或监测支路都可能增加面积、插入损耗、工艺复杂度和控制难度。因此“如何监测光功率但又尽可能不打扰主光路”成为一个很实际的工程问题。二、什么是Tapless光功率监测Tapless可以简单理解为“不通过传统光抽头直接取出一部分光”。传统方案更接近主光路 → 分光 → 光电探测 → 功率判断而Tapless方案希望实现主光路 → 光电器件感知 → 功率判断/控制这里最关键的不是“有没有探测器”而是探测器如何获得与光功率相关的信息。如果仍然需要专门把主光分出来那么本质上还是传统监测结构。因此Tapless技术真正要解决的是在尽量不增加传统光抽头的情况下让器件本身产生能够反映光功率的电学信号。这也是2026年相关研究值得关注的原因。Optics Express公布的研究采用III-V/Si结构把具有有源光电特性的III-V材料与硅光平台结合用于实现片上光功率调节。三、为什么要把III-V材料和硅光平台结合硅光平台最大的优势之一是能够利用成熟的硅工艺制造大量无源光学结构。例如1、硅波导2、耦合器3、分束器4、调制器5、WDM结构但硅材料本身并不是理想的发光材料。因此在需要激光器、某些高性能有源光电器件时III-V族半导体仍然具有重要价值。III-V材料可以提供较强的光电转换以及有源器件能力而硅平台则负责大规模光路集成。于是形成了一种典型的异质集成思路硅负责“铺光路”III-V负责“做有源器件”。这也是III-V/Si hybrid integration长期受到关注的原因。过去这种结构更多被讨论用于激光器和光探测器而最新研究进一步把它用于片上光功率感知与控制。四、“自感知”到底是什么意思这里的Self-sensing并不是说芯片具备类似人工智能的自主判断能力。从器件角度看它主要意味着器件自身能够产生与光功率相关的电学反馈信号。例如当进入器件的光功率发生变化时器件内部产生的电流、电压或其他电学参数随之变化。控制系统就可以利用这个信号判断当前光功率状态。如果再把反馈信号送入控制环路就可以进一步实现动态调节。于是系统从“检测”升级成感知 → 判断 → 调节 → 再感知这就形成了一个闭环。对于硅光芯片而言这种结构比单纯增加一个监测器更有工程意义。五、为什么动态光功率控制越来越重要因为现代光子芯片面对的不是一个固定光功率。实际工作过程中光功率会受到很多因素影响。例如1、激光器输出变化2、器件温度变化3、调制器工作状态变化4、波导和耦合结构的工艺偏差5、不同波长之间的功率差异6、封装后的耦合状态变化因此一个固定的驱动电流并不一定能够让光路长期保持相同的工作状态。如果芯片能够实时获得光功率反馈就可以根据实际状态进行动态调节。这与传统“设定一个电流然后希望输出保持稳定”的思路不同。更接近于实际光功率发生变化 → 片上检测 → 控制参数变化 → 光功率重新调整。对于需要长期稳定运行的高速光子系统这种闭环控制尤其重要。六、为什么“少一个光抽头”可能很重要单独看一个光抽头它造成的影响可能并不大。但如果一个PIC内部有大量监测节点情况就完全不同。假设一块芯片中有10个监测节点每个节点都需要额外的分光和检测结构。那么增加的不只是10个探测器。还包括分光器面积波导连接额外光路耦合损耗电连接控制通道版图空间。这会进一步影响芯片面积和封装复杂度。因此Tapless方案的价值并不是“节省一个小器件”而是当监测节点数量持续增加后可以从系统级降低监测结构对光路和版图的影响。这也是为什么“监测器件本身是否会扰动主光路”正在成为高集成度硅光设计中的一个重要问题。七、这项技术与传统光功率监测有什么区别对比项目传统监测结构Tapless思路光功率获取通常需要分光尝试避免传统光抽头主光路影响存在额外分光结构有望降低监测对主光路的影响器件数量分光器探测器等探测与感知功能进一步集成芯片面积需要额外监测支路有潜力缩小监测结构控制方式检测后再控制更适合形成片上反馈环集成方向监测功能独立感知与有源控制进一步融合需要注意的是Tapless并不意味着完全不需要任何光电转换结构也不意味着所有硅光芯片都应该取消传统监测器。它解决的是特定场景下的监测结构优化问题。八、真正困难的地方不是“能不能测”而是测得准不准工程上最重要的问题其实不是产生一个电流信号。而是这个电流到底能不能准确反映实际光功率因为光电器件的响应并不是完全理想的。温度变化、材料特性、波长变化以及器件制造偏差都可能改变电学响应。因此如果希望利用自感知器件实现闭环控制就需要考虑器件响应的一致性。例如同样的输入光功率在不同温度下是否产生相同的电流不同波长进入器件后响应是否发生明显变化不同芯片之间的器件参数是否一致器件长期工作后响应是否发生漂移这些问题直接决定了该技术能不能从实验室器件进入大规模硅光产品。九、这也是为什么“工艺一致性”会成为下一阶段的关键硅光芯片正在越来越多地采用晶圆级制造。这意味着一个设计并不是只制造一个芯片而是需要在一片晶圆上同时制造大量器件。如果一个自感知器件的响应存在较大的芯片间差异那么后端控制系统就必须进行校准。这会增加测试时间校准数据生产流程控制电路复杂度。因此未来真正影响这类技术量产价值的指标不仅是实验室里的灵敏度或响应速度还包括1、晶圆内一致性2、晶圆间一致性3、温度稳定性4、波长依赖性5、长期可靠性6、校准成本这几个指标甚至可能比单一器件性能更加重要。十、从“监测器”走向“感知控制器件”从技术发展路径来看硅光芯片里的光电器件正在发生一个明显变化。早期光学器件负责传输和调制。后来加入光探测器实现光信号监测。再进一步探测器输出参与控制。而现在的研究开始尝试器件本身同时承担感知和控制反馈的一部分功能。这意味着未来的硅光PIC可能不再只是“光路集成”。它会逐渐变成光学器件 光电感知 电控反馈三者高度耦合的平台。这对于高速光模块、CPO、光计算以及大规模光互连都具有潜在意义。十一、对工程设计有什么实际启发如果未来这类技术进入更成熟的产品阶段设计硅光芯片时需要考虑的问题也会发生变化。以前设计人员可能首先考虑光路怎么走耦合损耗是多少调制器性能怎么样现在还需要进一步考虑监测点放在哪里监测会不会影响主光路反馈信号如何进入控制环温度变化如何补偿不同芯片之间如何校准也就是说光路设计与电控设计之间的边界会越来越模糊。对于高集成度光子芯片而言“可监测、可校准、可控制”可能会逐渐成为与低损耗、高速率同样重要的设计指标。十二、结语硅光下一步拼的可能不是“多集成一个器件”从2026年的研究趋势来看硅光技术正在从单纯追求器件性能逐步向系统级集成发展。最新的III-V/Si自感知光功率控制研究提供了一个很有代表性的方向不只是把探测器放到芯片上而是尝试让光电器件直接参与光功率感知和调节。这背后的工程逻辑非常明确光路越来越复杂 → 监测节点越来越多 → 传统抽头带来的成本越来越明显 → 感知与控制需要进一步集成。因此未来硅光芯片竞争的重点可能不仅是“能跑多高速”还包括能否做到更低扰动、更少监测结构、更高一致性以及更智能的片上控制。这也是“Self-sensing”这类技术值得持续关注的原因。