行业资讯


Scroll More

光通信器件的发展趋势

电子发烧友 发布日期: 2019-01-02 点击: 541

光集成技术(PIC)是未来光器件的主流发展方向,近年来一直是业内关注和研究的焦点。光子集成技术相对于目前广泛采用的分立元器件,在尺寸、功耗、成本、可靠性等方面优势明显,是未来光器件的主流发展方向。

近年来,随着技术的逐步积累以及产业需求的升温,PIC进入较快发展时期,中小规模PIC已经成熟并取得广泛商用,大规模PIC集成度已达到数百个元器件。PIC 技术和产业的参与企业涵盖系统设备商、光器件芯片制造商、综合服务提供商、半导体芯片生产加工厂商Foundry等多个领域,面向电信和数据两大应用市场。

光集成技术包括基于III-V簇化合物半导体材料的光集成技术、基于铌酸锂电解质材料的光集成技术、基于SiO2绝缘体材料的PIC技术、硅基材料的光集成技术、基于聚合物材料的光集成技术以及基于氮化硅材料的光集成技术。III-V簇化合物半导体材料的光集成技术,如GaAs、InP技术,特别适合光源、探测器等有源器件的集成;铌酸锂材料的光集成技术,这类材料特别适合研制高速光调制器、光开关等,技术成熟,且市场份额较大;SiO2绝缘体材料的PIC 技术,适合阵列波导光栅AWG(arrayed waveguide grating)、分路器(splitter )、热光器件等多种无源光波导器件;硅基材料的集成光集成技术,采用的结构与电子学的集成电路类似,是未来光集成、甚至光电集成的重要方向;聚合物材料、氮化硅材料在光集成及光子器件领域同样占有一席之地。这些集成材料各有所长,都有各自不同的应用市场。不同器件、不同功能、不同材料的混合集成将是光器件技术的短期发展方向。

PIC是光器件必然的演进方向,也必然造就新一代基于光器件的应用系统,而最终的光器件发展将更加集成化。III-V族材料和硅基材料更为业界普遍看作未来光集成技术的两大阵营,在材料方面,III-V族材料偏向应用于有源器件,硅基材料偏向于应用无源器件。III-V族材料在有源器件中广泛采用,磷化铟是目前唯一能够实现通信波长大规模单片集成的材料,未来仍具有一定发展潜力,代表性产品是Infinera公司的高速光发射、接收芯片。然而,磷化铟属于稀有材料,外延片尺寸较小,在低成本和大规模生产能力方面受到一定限制。另外,硅光子可将CMOS集成电路上的投资和技术经验应用到PIC 领域,有效降低成本,提高生产效率,已成为未来PIC 重要技术方向之一。硅光子的代表性技术产品如Luxtera公司的AOC芯片、Cisco公司的CPAK 光模块、Acacia 公司的相干CFP光模块,以及Intel 公司致力研发的混合集成激光器和芯片级光互联技术等,中国也有少数企业涉足,但规模有限。

光器件是光通信发展的瓶颈,光通信成为所有网络构成技术中降价最慢的领域,其中光器件成本是瓶颈中的瓶颈。硅光子技术将成为重要突破方向,它是利用现有CMOS 集成电路上的投资、设施、经验以及技术来设计、制造、封装光器件和光电集成电路,在集成度、可制造性和扩展性方面达到CMOS的水平,从而在成本、功耗、尺寸上取得突破。通信是硅光子技术的早期应用领域,正如历史上的晶体管、集成电路、激光器等一样,通信由于其高技术属性往往成为新技术的早期应用领域。然后随着技术和工艺的成熟再扩展至大众消费领域,形成更大的规模,进一步降低成本,再促进其在通信领域的普及,形成技术的良性循环。

硅光子技术在光源方面尚无可行的技术路线,目前以混合集成和短距离应用为主,正不断发展成熟,未来将承担重要角色。总之,无论是磷化铟,还是硅光子学,都预示着光通信行业即将迎来深度变革,都将显著改变光器件的设计和未来。