硅光子學(xué)引領(lǐng)光路集成化

　　【訊石光通訊咨詢(xún)網(wǎng)】 隨著眾多寬帶業(yè)務(wù)包括云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等的快速發(fā)展和急劇增長(zhǎng)，未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)將具有更高的速率、更大的容量和更廣泛的應(yīng)用。這對(duì)光系統(tǒng)中采用的發(fā)送、接收、調(diào)制、放大、交換和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)雀鞣N功能的光器件提出更苛刻的要求：高性能、小尺寸、低功耗、高可靠和低成本。無(wú)疑，光器件和光模塊的光路集成化將是必然的技術(shù)方向。集成光學(xué)研究博士陳益新如是認(rèn)為。

　　集成光路發(fā)展所遇的挑戰(zhàn)及原因分析

　　集成光路(PICs)的進(jìn)展速度相比于集成電路(EICs)要遲緩許多。集成光學(xué)首次提出是在1969年，集成光路首次商業(yè)應(yīng)用在2005年左右，集成了大約102個(gè)光元件(Infinera),相隔了36年。

　　這種滯后的主要原因有4個(gè)：

　　1、 PICs需要多種不同功能的器件(如激光器，調(diào)制器，多路復(fù)用器，衰減器等)構(gòu)成;

　　2、不同的器件要獲得各自的優(yōu)化性能迄今仍需采用不同的材料體系，諸如元素或化合物半導(dǎo)體、介電晶體、玻璃及有機(jī)聚合物等，其制造工藝平臺(tái)也有很大差別;

　　3、光波導(dǎo)器件的大小由光波長(zhǎng)決定，尺寸縮小比EICs受到較大限制; 有源光器件是基于二元，三元和四元的化合物半導(dǎo)體，其加工比Si基更難控制;

　　4、對(duì)集成規(guī)模和產(chǎn)量的巨大迫切需求是器件集成化快速發(fā)展的根本動(dòng)力，過(guò)去的相當(dāng)一段時(shí)期中分立光器件在通信速度、容量、尺寸及成本方面尚能滿(mǎn)足運(yùn)作要求。

　　硅基集成光路顯潛在優(yōu)勢(shì)

　　當(dāng)前，不同功能的光器件需要采用相宜的材料和工藝才能獲得理想的性能，因而出現(xiàn)了多種光集成技術(shù)平臺(tái)，諸如：InP基、LiNbO3基、SiO2基、聚合物基以及后來(lái)的硅基和光子晶體基等光子集成新途徑。這種多材料體系的局面不利于進(jìn)一步使PIC縮小尺寸和降低成本。

　　而一項(xiàng)結(jié)果表示，相比石英或聚合物、InP-InGaAsP，絕緣體上硅材料可以提高集成光路密度10⁶。 從該對(duì)比及從近年來(lái)的技術(shù)發(fā)展可以預(yù)期，借以CMOS工藝的硅基集成光路則將更顯示其潛在優(yōu)勢(shì)。

　　硅基集成光路技術(shù)和應(yīng)用

　　設(shè)于美國(guó)華盛頓大學(xué)內(nèi)的OpSIS是一個(gè)開(kāi)放的硅光子平臺(tái)，能夠支持25 Gb / s的數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制器，探測(cè)器和無(wú)源光子器件的單片集成。測(cè)試結(jié)果證明整個(gè)晶圓均勻高性能，表示該平臺(tái)能夠在芯片上構(gòu)建復(fù)雜的光子集成系統(tǒng)，適合數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信，模擬光子處理，和其他領(lǐng)域的應(yīng)用。使用硅基產(chǎn)品還有諸如硅光波導(dǎo)及無(wú)源光波導(dǎo)器件、硅光波導(dǎo)調(diào)制器等。

　　結(jié)語(yǔ)：硅光子將是關(guān)系到今后二三十年新一代技術(shù)重大變革的戰(zhàn)略性課題，不僅涉及眾多學(xué)科，而且要長(zhǎng)期堅(jiān)持。我國(guó)國(guó)內(nèi)(包括香港)和臺(tái)灣海峽兩岸在硅光子學(xué)方面研究已經(jīng)取得一定進(jìn)展。未來(lái)，我們更需攜手共同努力搶占硅光子學(xué)制高點(diǎn)，爭(zhēng)取在集成光電路技術(shù)和應(yīng)用方面走到世界前列。