随着全球数据洪流的指数级增长，传统硅基光互连技术逐渐逼近物理极限，寻找新一代光子学材料成为迫切需求。金刚石，以其一系列超凡的光学与量子特性，悄然步入光通讯领域的舞台中央。
金刚石在光通讯领域的巨大潜力，根植于其一系列接近理论极限的物理属性，这些属性共同构建了其超越现有材料的性能边界。
首先，其超凡的光学透过窗口令人惊叹。纯净的金刚石拥有从225纳米的深紫外区，一路跨越整个可见光谱，直至远红外（甚至微波波段）的极宽透明窗口。这一特性，特别是其在通讯波段（如1310纳米和1550纳米）的极低本征吸收，使其成为理想的光波导和光学元件基底材料，能够高效传输承载信息的光信号，为构建全波段、低损耗集成光子回路提供了可能。
其次，是金刚石在室温下，其热导率可达2200 W/(m·K)，是铜的5倍，硅的10倍以上。在高功率、高集成度的光通讯模块（如激光器、调制器、放大器）中，散热是制约性能、可靠性与寿命的关键瓶颈。金刚石极高的热导能力，使其能够作为高效散热衬底或集成热沉，迅速将器件产生的热量导出，从而显著提升器件的工作功率、稳定性和寿命，为下一代高功率密度光子集成芯片（PIC）提供了热管理终极解决方案。
再者，金刚石的卓越力学与化学稳定性无与伦比。其极高的硬度和耐磨性，能有效抵御加工和使用过程中的物理损伤。同时，其化学惰性极强，耐酸碱腐蚀，在恶劣环境下仍能保持性能稳定。这赋予了金刚石基光电器件超长的服役寿命和极高的环境适应性，对于构建海底光缆中继器、太空通讯等高可靠、免维护的光子系统具有不可估量的价值。
基于上述极限属性，金刚石在光通讯领域的应用正沿着材料、器件、系统三个层面全方位展开。
在无源光器件层面，金刚石首先以其光学透明性和稳定性，用作高性能光学窗口、透镜和反射镜涂层。更进一步，利用其高折射率（~2.4）和低光学损耗，可以制备出金刚石光学波导。通过刻蚀或离子注入等技术，在金刚石衬底上制造出亚微米尺度的光波导结构，能够将光场紧密束缚在微小通道内传输，损耗极低。这为构建超紧凑、低损耗的片上光互连网络奠定了基础，是未来实现三维光子集成、突破带宽和集成度限制的关键。
在有源光电器件层面，作为超高热导衬底，将其与Ⅲ-Ⅴ族半导体激光器（如InP、GaAs）键合，可以制造出输出功率提升数倍、可靠性大幅增强的高功率激光二极管，直接应用于大容量光纤通信的光发射端。在光调制器方面，金刚石本身虽非线性光学系数不突出，但其高速载流子输运特性以及与二维材料（如石墨烯）结合，有望实现超快、低功耗的电光调制器。而在单光子器件领域，集成在纳米光子结构中的金刚石色心，是公认的优质固态单光子源。将这种“片上单光子源”与波导、滤波器、探测器单片集成，可构建出全芯片化的量子光源模块，为量子保密通信设备的小型化、实用化铺平道路。
在量子光通讯系统层面，金刚石正从“组件”走向“核心”。基于金刚石单光子源的QKD发射端芯片，能够提供稳定、可靠的量子密钥生成。更前沿的是，金刚石色心的电子自旋可以作为量子存储器或量子中继器节点。在长距离量子通信中，光子传输损耗使得直接传输距离受限。金刚石色心的长相干时间使其能短暂存储量子态，通过量子纠缠交换等操作，理论上可实现分段式的量子中继，从而构建全球化的量子互联网。金刚石体系是实现可扩展、可集成长距离量子网络的极具竞争力的物理平台之一。
展望未来，金刚石在光通讯领域的发展路径将呈现多线程并进态势。短期内，作为超高热沉的应用将最快商业化，直接提升现有光模块性能。中期，基于金刚石波导的高性能无源器件和集成化单光子源芯片有望进入特定市场，如高可靠国防通讯和量子保密通信网络。长期看，随着材料生长与纳米加工技术的突破，多功能集成的“金刚石片上系统”将成为可能，在一个芯片上同时实现光产生、调制、路由、探测乃至量子信息处理，最终推动光通讯网络向更高带宽、更低功耗、更智能，并具备内生量子安全能力的方向演进。
化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。
