专访元芯光电：全国产薄膜铌酸锂调制器 响应新一代光通信发展趋势

  ICC讯 光纤通信架构起了全球互联网和现代通讯网络发展的全光底座。目前，基于全光底座的下一代光网络迫切需要更高速率、更高密度、超大容量和灵活调度的能力，因此，这给光通信系统的核心部件-光电芯片和光电子器件提出了更加复杂的要求，尤其是低功耗、可调谐、小型化的特点。

  在过去三十年里，中国光通信产业取得了巨大的成就，在光通信系统设备、光通信器件、光纤光缆等细分领域皆成为全球最大的单一市场。但是在高端光通信产业链上游的芯片半导体领域，我国仍然存在短板。根据2017年中国电子元件行业协会发布《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022)》预测，我国在2017年25G及以上的光芯片国产化率上仅为3%，其中的铌酸锂（LiNbO3）光调制器芯片/器件、25G DFB芯片/器件和多通道可调谐激光器芯片/器件等多种光电芯片被列为中国新一代光通信产业重点发展事项。

  铌酸锂（LiNbO3）调制器芯片及器件被列为重点发展技术

  随着电信、数据中心、接入网等市场向高速互联持续演进，同时中国加大半导体投资；重点推动半导体芯片产业链成长，中国光通信器件芯片也进入快速发展阶段。一批致力于突破光通信高端芯片瓶颈的国产芯片企业逐步崛起。其中，宁波元芯光电子科技有限公司（简称元芯光电）就是一家专注于高端光电芯片研发、生产和销售的光通信、光传感半导体企业。其主要产品包括：薄膜铌酸锂调制器、大范围可调谐激光器、25G高速DML等国内迫切需要进口替代的芯片产品。

  在光通信领域，电光调制器是光通信系统实现高速电信号转向光信号的重要环节；其核心材料是被业内称为“光学硅“的铌酸锂材料。目前铌酸锂基光调制器市场主要被富士通、住友电工、Lumentum等国外光器件厂商所垄断。而随着小型化、高密度成为应用市场的明确需求，基于薄膜铌酸锂（LNOI）的新型电光调制器因其有相比于硅光调制器和磷化铟（InP）调制器更好的电光性能、更大的调制带宽和更高的稳定性，较传统铌酸锂调制器可减小约60%的体积，满足小型化趋势，因此被市场逐步接受。在面对这一市场趋势，元芯光电基于其在薄膜铌酸锂领域的技术积累，顺势推出了全国产的薄膜铌酸锂强度调制器，因此成为我国光通信实现进口替代的代表性产品之一，紧随新一代光通信发展步伐。

  讯石光通讯网近期采访了元芯光电联合创始人之一的陆明之博士，从正面了解公司运作模式、产品化程度以及各类光通信芯片的比较，以下为问答整理。

陆明之博士

  问题一：作为光芯片初创企业，公目前的主要产品是哪些，以及产品目前处在哪个阶段？

  陆博士：目前公司的主要产品有CWDM 10/25G高速直调DFB激光器芯片、ITLA-大范围可调谐激光器、薄膜铌酸锂强度调制器、薄膜铌酸锂DR4芯片，激光雷达和气体传感用DFB激光器等。确实各款产品所处阶段不尽相同，薄膜铌酸锂强度调制器、CWDM 10/25G高速直调DFB激光器芯片、激光雷达光源DFB激光器和传感用DFB产品可以量产出货，ITLA-大范围可调谐激光器、DR4芯片处于样品送样阶段。

  题二：据了解，光芯片具有III-V族、锗硅、铌酸锂等多种技术材料，这些材料领域的光芯片国产化发展情况如何？以及公司是如何定位产品市场和选择技术路线？

  陆博士： 近些年III-V族、锗硅、铌酸锂等材料领域的光芯片国产化有了较大进步，但总体上离欧美头部同行还有差距，尤其在高端复杂光芯片上还是没有解决国产替代问题，比如主干网通信的大范围可调谐激光器芯片、相干光通信芯片等。

  元芯光电正是基于国内在低端芯片基本自主而高端光芯片还相对落后的这一现实，主动选择切入中高端光芯片这个市场，比如我们前面谈到的大范围可调谐激光器芯片填补国内空白、薄膜铌酸锂调制器领先国内外同行、25G DFB解决工温难题等等。

  可以说，我们的技术路线是吸收和融汇国内外先进经验基础上再进行创新设计和工艺上的打磨精进，比如25G DFB的两段式设计与国内外同行大不同、非光栅多通道干涉的大范围可调谐激光器在国内外拥有自己的专利。在工艺环节上，光刻、镀膜、刻蚀等关键制造步骤上摸索和积累了较多经验，且有我们独到之处。

  最后，对于业内都很关注的国产硅光，我们认为还是颇具挑战的。主要原因有一下几个：

  （1）硅光简单依赖现有PDK来开发产品不现实，如果自主开发，会存在周期很长、研发成本高的难题；

  （2）硅光在下一代的数据中心N *200G的产品上貌似遇到了带宽上的瓶颈。硅光有可能面临不能提供未来产品的解决方案、同时现有N*100G产品又存在进入市场较晚的尴尬局面；

  （3）对于八通道的产品，硅光的高损耗使其至少需要两颗大功率的DFB芯片，意味着成本和功耗都会很高；

  （4）薄膜铌酸锂（TFLN）将在未来的几年，对硅光调制器带来巨大的挑战，我们拭目以待。这也是我们为什么大规模投入薄膜铌酸锂领域的原因。

超小型的薄膜铌酸锂调制器

  问题三：2021年，公司重点发布了全国产的薄膜铌酸锂强度调制器产品，请介绍该产品的技术优势和性能水平？

  陆博士：薄膜铌酸锂调制器产品是元芯自主研发，并确保了薄膜铌酸锂体材料到封装的全国产化。据我们了解，目前元芯光电是国内为数不多可以批量供货薄膜铌酸锂强度调制器的厂家。该款产品真正做到了小尺寸高性能，它的特点包括：器件长度3cm，半波电压3.3V，RF带宽20/40GHz（两款产品），插入损耗4.5dB，消光比>20dB，并且RF回损<-10dB，其综合性能可以超越传统的调制器，在模拟通信、强度调制、BPSK相位调制等应用方面有广阔前景。目前国内和海外市场也开始渐渐接纳这一新型调制器技术产品。

  问题四：公司还推出的可调谐芯片和薄膜铌酸锂调制器数据中心产品，主要针对哪些光通信细分应用，其产品意义和市场前景如何？

  陆博士：首先，iTLA-大范围可调谐激光器，这款多通道干涉激光器可以实现超过48纳米的波长准连续调谐，支持灵活栅格（flex-grid）。该产品设计具有独立的IP，拥有美国（US9853418B2）和中国专利（ZL201410704739.0），应用于相干通信、激光传感、车载雷达光源、测试仪表等。该产品的成功研发意义重大，在主干网通信上保障信息安全，市场前景广阔。

  其次，薄膜铌酸锂调制器在数据中心市场的前景被我们高度看好。针对目前的4*100G、8*100G市场，由于其在插损和RF驱动电压上的优异性能带来的功耗和成本的下降是完全可以预期的。较低的插损将节省激光器的功耗，而较低的驱动电压使其可能不再需要独立的驱动芯片。

  元芯光电和下游模块厂联合开发的薄膜铌酸锂调制器在数据中心的模块产品预计将在今年或者明年亮相。

公司半导体设备

  问题五：公司是一家IDM模式的光芯片厂商，请介绍公司目前在芯片设计、制造、测试方面的投入布局？

  陆博士：元芯光电坐落在宁波市鄞州区科技园区，公司已有人员100多名，包含研发人员30多位，汇聚了国内外光芯片领域的优秀人才，其中各级重点引才专家、博士十多名。目前公司已搭建了2000多平方米的百级、千级超净生产车间，购置了完整的InP和薄膜铌酸锂研发和生产设备。

  问题七：元芯光电和国内其他光芯片公司相比，有什么独特之处？

  陆博士：元芯光电在技术上的独特之处，在于我们积累了III-V族激光器和薄膜铌酸锂调制器两个领域的技术。这是我们区分于其他初创企业的一个很关键的地方。具有任何一项技术，其实都会面临上限。如果能够为我们调制器客制化的去开发激光器，或者为我们的激光器去开发调制器，这样的话产品的广度和灵活度就会大大的增加。

  同时我们也一直秉持着独立开发、不模仿、不趋同的基本原则，利用独创的技术，给客户带来更优质的产品。

  总 结

  讯石认为，正是中国光通信产业链的蓬勃发展和持续升级发展，推动了国产InP、硅光、锗硅、薄膜铌酸锂等各类光芯片/器件响应100G/200G/400G乃至800G和更高速传输的发展趋势，尘出不穷的国产芯片样品正在加速导入量产。下一代光纤互联网络将部署长距离、相干传输、灵活调谐光通信技术，对超高速、长距离、可调谐的高性能光通信芯片需求更为迫切，元芯光电将助力行业突破高端光芯片的产业共性瓶颈，通过创新响应下一代的光通信发展趋势。