硅光子学引领光路集成化

　　【讯石光通讯咨询网】 随着众多宽带业务包括云计算和物联网等的快速发展和急剧增长，未来光网络将具有更高的速率、更大的容量和更广泛的应用。这对光系统中采用的发送、接收、调制、放大、交换和动态补偿等各种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。无疑，光器件和光模块的光路集成化将是必然的技术方向。集成光学研究博士陈益新如是认为。

　　集成光路发展所遇的挑战及原因分析

　　集成光路(PICs)的进展速度相比于集成电路(EICs)要迟缓许多。集成光学首次提出是在1969年，集成光路首次商业应用在2005年左右，集成了大约102个光元件(Infinera),相隔了36年。

　　这种滞后的主要原因有4个：

　　1、 PICs需要多种不同功能的器件(如激光器，调制器，多路复用器，衰减器等)构成;

　　2、不同的器件要获得各自的优化性能迄今仍需采用不同的材料体系，诸如元素或化合物半导体、介电晶体、玻璃及有机聚合物等，其制造工艺平台也有很大差别;

　　3、光波导器件的大小由光波长决定，尺寸缩小比EICs受到较大限制; 有源光器件是基于二元，三元和四元的化合物半导体，其加工比Si基更难控制;

　　4、对集成规模和产量的巨大迫切需求是器件集成化快速发展的根本动力，过去的相当一段时期中分立光器件在通信速度、容量、尺寸及成本方面尚能满足运作要求。

　　硅基集成光路显潜在优势

　　当前，不同功能的光器件需要采用相宜的材料和工艺才能获得理想的性能，因而出现了多种光集成技术平台，诸如：InP基、LiNbO3基、SiO2基、聚合物基以及后来的硅基和光子晶体基等光子集成新途径。这种多材料体系的局面不利于进一步使PIC缩小尺寸和降低成本。

　　而一项结果表示，相比石英或聚合物、InP-InGaAsP，绝缘体上硅材料可以提高集成光路密度10⁶。 从该对比及从近年来的技术发展可以预期，借以CMOS工艺的硅基集成光路则将更显示其潜在优势。

　　硅基集成光路技术和应用

　　设于美国华盛顿大学内的OpSIS是一个开放的硅光子平台，能够支持25 Gb / s的数据通道，实现高速调制器，探测器和无源光子器件的单片集成。测试结果证明整个晶圆均匀高性能，表示该平台能够在芯片上构建复杂的光子集成系统，适合数字数据通信，模拟光子处理，和其他领域的应用。使用硅基产品还有诸如硅光波导及无源光波导器件、硅光波导调制器等。

　　结语：硅光子将是关系到今后二三十年新一代技术重大变革的战略性课题，不仅涉及众多学科，而且要长期坚持。我国国内(包括香港)和台湾海峡两岸在硅光子学方面研究已经取得一定进展。未来，我们更需携手共同努力抢占硅光子学制高点，争取在集成光电路技术和应用方面走到世界前列。