iFOC 2023回顾 | 铌奥光电蔡鑫伦：薄膜铌酸锂光电子集成技术与芯片

  ICC讯 9月4-5日，第21届讯石研讨会(iFOC 2023)吸引了来自近700家企业的1000多位嘉宾出席，聆听行业专家学者及技术骨干的干货分享及巅峰对话，共享光通信行业的前沿技术及市场信息。

  9月4日，铌奥光电董事长蔡鑫伦在第21届讯石研讨会的通信半导体芯片、材料发展论坛上发表《薄膜铌酸锂光电子集成技术与芯片》的主题演讲。

  铌奥光电成立于2020年7月，专注基于薄膜铌酸锂材料的新一代光子芯片设计、制造和器件封装，并且为客户提供定制化研发服务。

  在光纤通信领域，光电调制器是实现信息从电域到光域转换的核心器件，也是发射端性能的重要瓶颈。众所周知，铌酸锂薄膜是非常好的电光调制器的材料。从过去光模块的发展趋势来看，光模块的速率每3年翻一番，功耗每2年下降50%，尺寸每2年下降50%，对应到调制器上，意味着更大的调制带宽、更小的半波电压和更高的集成度。过去业界采用传统的铌酸锂晶体制作调制器，性能做到很好，但是尺寸较大，为了满足光通信产业升级对集成度的要求，铌酸锂由晶体时代进入了薄膜时代。

  随着技术的不断进步和创新，薄膜铌酸锂调制器在带宽、电压和尺寸方面都表现出优异的性能。它将成为未来光通信领域的重要器件之一，为高速、低功耗、小型化的光模块提供有力支持。

  铌酸锂作为一种难以加工的材料，由于其脆性大，一直被视为一个挑战。然而，通过刻蚀硅的工艺，许多企业和团队已经成功地加工出了高质量的铌酸锂薄膜。铌奥光电更是实现了在四英寸的铌酸锂薄膜上批量加工电光调制器，其芯片的最佳传输损耗可达小于0.03dB/cm。

  蔡鑫伦对比了美国EO Space的传统铌酸锂晶体调制器和中山大学、铌奥光电、中国电科13所联合研发的薄膜铌酸锂调制器。从带宽、电压和尺寸方面来看，薄膜铌酸锂都是更优的方案，这显示出其在调制器领域的显著优势。

  薄膜铌酸锂的下一个发展目标是实现大尺寸晶圆规模制造，以降低成本。这将进一步扩大其应用范围，并增强其在市场中的竞争力。在大带宽、低功耗、低损耗、小尺寸的优点后，再加上低成本，将使薄膜铌酸锂成为更理想的选择。

  与磷化铟相比，薄膜铌酸锂在长距离超长距离的产品封装上具有优势。它可以采用非气密封装，从而降低成本，而磷化铟则需要气密封装。在性能方面，薄膜铌酸锂对比硅光和磷化铟都有明显优势。

  随着长途相干向单波800G/1.6T演进，推动200GB+高带宽器件的发展，预计2025年后薄膜铌酸锂将逐渐商业化。随着调制速率要求的提高，薄膜铌酸锂的优势将更加明显。这将为未来的通信技术带来巨大的潜力。

  铌酸锂薄膜调制器利用容性电极和石英衬底，同时实现低微波损耗和光电同步传输。容性行波电极不仅可以降低金属微波损耗，还可以降低微波速率，使光波和微波在调制区域以相同的速率传输，光和电达到完美匹配。

  蔡鑫伦介绍了实验室研发的偏振复用IQ调制器芯片，是将四个码帧的调制器和一个偏振合波器件集成在一起，做成一个芯片。应用于超长距光通信，调制带宽超过110GHz，半波电压只有1V，综合性能非常好。

  蔡鑫伦随后介绍铌酸锂薄膜在光传感激光雷达中的应用，特别是在第二代激光雷达。第一代激光雷达TOF(飞行时间)，指的是用光脉冲在目标物与激光雷达间的飞行时间乘以光速来测算距离。第二代激光雷达FMCW(调频连续波)，可直接获得目标与雷达之间的距离和速度。

  蔡鑫伦最后总结到三五族和铌酸锂薄膜材料的特性非常互补，通过将三五族异质集成到铌酸锂薄膜上，可以制作出收发一体的激光器芯片，用于相干光通信，这是也是未来的重要发展方向。

  2023年12月27日下午2点-5点将在旭创光电产业园(江苏省苏州工业园区胜浦路168号)进行3小时的《铌酸锂薄膜光电子器件与芯片》培训，欢迎联系讯石工作人员报名。

  课程大纲：

  第一节课：介绍铌酸锂薄膜材料、工艺和典型的功能器件(包括电光调制器和偏振控制器)。

  第二节课：介绍铌酸锂薄膜芯片在数据中心光互连、长距离相干光通信、以及光纤传感中的应用。

  第三节课：讨论铌酸锂薄膜光电子技术的产业化进展，以及未来可能的两条演进路线。

  咨询联系：Anton 13008796725(微信号同号)