硅光子器件在电信及数据通信中的应用

  硅(Si)是一种在近红外波段具有高折射率特性的材料。早在20世纪90年代，以硅为基础的纳米级波导就已经以一种新型的纳米光子器件，即硅光子器件的形式出现。由于其具有尺寸小，成本低，功耗低和高速化等性能以及兼容CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)制造的特性，硅光子技术近年来取得了显著进步。并且随着当前电信和数据通信网络中流量的爆炸性增长，硅光子器件因其低功耗、宽带宽、高传输速度等优越性能而备受关注。

      事实上，随着包括平面光波电路(PLC)，阵列波导光栅(AWG)，光纤放大器(OFA)，密集波分复用(DWDM)，可重构光分插复用(ROADM)和数字相干技术在内的多项关键技术的发展，基于III-V族材料的光电集成电路在20世纪80年代就已被提出，但其并未能迅速实现大规模应用。

      全光子器件集成工作是建立在硅光子学基础之上的。近年来，硅光子学已广泛用于电信和数据通信，包括数据中心和电信网络中的紧凑型光学互连收发器和新型光子开关等。

图1 光通信网络的发展

  研究亮点

  日本筑波大学的Kiyoshi Asakawa教授等撰写了综述文章总结了硅光子学创新进展的历史，为了方便包括科研机构、公司企业的科学家、工程师以及高校学生在内的广大读者理解，文章分为两个部分，分别是硅光子平台的基本特性简介，及其在电信和数据通信两类高级光子网络中的应用，从而让读者更加广泛详细地了解硅光子学器件的卓越性能及其在先进光子网络中的应用潜力。

       综述还涉及针对高级光子信号处理网络的硅光子学特殊应用，及其针对当前网络需求(例如低功耗，宽带宽和高传输速度)的解决方案。对希望挑战相关问题并针对爆炸性增长的光子网络流量提出实用解决方案的光子网络工程师而言，该综述将大有帮助。此外，论文不仅囊括了硅光子器件的特性和应用，还兼述了CMOS兼容的纳米制造技术，以便为当前CMOS技术开辟新市场的纳米电子CMOS工艺工程师提供参考。

图2 50 Gb/s Si光子传输模块。

(a)和(b)分别是波分复用传输器和接收器

  这篇综述以“Silicon photonics for telecom and data-com applications”为题，发表在英文期刊Opto-Electronic Advances 2020年第10期。