在第21届中博会集成电路专业展“光擎AI：硅光集成生态专区”，一块数公斤重、泛着紫色光晕的YAG（钇铝石榴石）晶体吸引客商驻足。这块色泽奇特的晶体，看似笨重，实则既可充当工业激光装备的“心脏部件”，也能加工为人造彩宝——它就是广东省科学院半导体研究所自研的高能效YAG（钇铝石榴石）晶体。
攻克工艺难关，打通YAG晶体国产化堵点
普通人对YAG晶体比较陌生，殊不知它凭借出色的热稳定性与光学特性，是激光装备、工业精密加工不可或缺的基质材料。但传统制备工艺存在晶体易开裂、缺陷多、良率低、生长周期长、原料损耗大等痛点，高昂成本制约国内高端激光材料自主供给，也限制民用场景拓展。
针对行业难题，省科学院半导体所光电技术中心团队开展技术攻坚。晶体生长是“慢功夫”，它对温度、应力、界面条件极其敏感，微小偏差就会造成整块晶体报废。科研人员反复调试炉膛温场，改良籽晶结构，研发原创大界面籽晶技术，配套精准控温生长工艺，有效改善晶体内部应力，解决开裂、光学不均、尺寸受限等问题。新工艺不仅提升了良品率、缩短了生产周期、降低了原料消耗，还从根源上降低规模化生产制造成本，为YAG晶体国产化落地夯实技术根基，同时验证了团队在高温氧化物晶体生长领域技术路线的可行性。这套经过市场验证的工艺平台，也为后续TGG（铽镓石榴石）、TSAG（铽钪铝石榴石）、铌酸锂晶体研发提供可复用的技术经验。
一技两用，YAG晶体实现工业消费双赛道落地
依托较为成熟的产业化技术，团队在YAG晶体实现双赛道落地。工业领域，高能效YAG激光晶体激光转换效率高、运行稳定，已广泛应用于激光设备与新能源电池精密焊接，支撑国产激光装备关键材料自主可控；在消费端，团队挖掘晶体光学美学潜力，通过调整掺杂元素生长出色彩丰富的人造彩宝，开辟轻奢珠宝新赛道，真正做到“一套技术，多赛道开花”。
YAG晶体的成功，不仅收获商业层面的突破，更为团队攻坚TGG、TSAG、铌酸锂等前沿晶体搭建起完整的“方法论底座”。如果说YAG晶体解决了“光如何产生”的光源难题，团队则顺着光产业链向上游持续挺进，着力破解光信号“单向传输”与“高速处理”技术难题。
攻坚磁光“卡脖子”材料，加速TGG、TSAG国产替代
TGG、TSAG晶体是制备法拉第旋转片的优质磁光材料，而法拉第旋转片作为法拉第旋光器、光隔离器的核心组件，在高速光通信链条中扮演关键角色。相较于YAG，这类晶体生长难度更高，全球超90%市场长期被海外企业垄断，属于典型“卡脖子”材料。伴随1.6T光模块等超高速光通信需求爆发，国产化替代刻不容缓。
团队依托YAG项目成熟的大界面籽晶与精准控温工艺，全力推进大尺寸TGG、TSAG磁光晶体自主研发，解决光信号“单向传输”技术难题，加快补齐国内磁光晶体供应链短板。
布局铌酸锂，抢占集成光子技术制高点
铌酸锂晶体是光产业链中极具变革意义的核心基础材料，是集成光子技术发展的重要基石。基于铌酸锂制备的电光调制器、光开关等器件，是当下高速光模块市场主流光子器件。
薄膜铌酸锂兼具高速、低损耗、高线性度优势，器件集成度大幅提升，可支撑800G、1.6T、3.2T光模块发展，业内认为其技术颠覆性堪比硅基集成电路。团队目前正推进铌酸锂晶体生长及薄膜化工艺研发，攻关光信号高速处理关键技术，致力于为光芯片国产化提供自主可控的核心材料支撑。
下一步，省科学院半导体所将持续迭代晶体工艺，构建晶体材料矩阵，拓展YAG、TGG、TSAG、铌酸锂在工业、消费领域应用场景，打通成果转化全链条，助力广东高端装备与新材料产业高质量发展，为AI算力基础设施筑牢“晶体地基”。
（供稿：光电技术中心、科研业务部）
