硅光子器件在電信及數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用

  硅(Si)是一種在近紅外波段具有高折射率特性的材料。早在20世紀(jì)90年代，以硅為基礎(chǔ)的納米級波導(dǎo)就已經(jīng)以一種新型的納米光子器件，即硅光子器件的形式出現(xiàn)。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，硅光子技術(shù)近年來取得了顯著進(jìn)步。并且隨著當(dāng)前電信和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中流量的爆炸性增長，硅光子器件因其低功耗、寬帶寬、高傳輸速度等優(yōu)越性能而備受關(guān)注。

      事實(shí)上，隨著包括平面光波電路(PLC)，陣列波導(dǎo)光柵(AWG)，光纖放大器(OFA)，密集波分復(fù)用(DWDM)，可重構(gòu)光分插復(fù)用(ROADM)和數(shù)字相干技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，基于III-V族材料的光電集成電路在20世紀(jì)80年代就已被提出，但其并未能迅速實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

      全光子器件集成工作是建立在硅光子學(xué)基礎(chǔ)之上的。近年來，硅光子學(xué)已廣泛用于電信和數(shù)據(jù)通信，包括數(shù)據(jù)中心和電信網(wǎng)絡(luò)中的緊湊型光學(xué)互連收發(fā)器和新型光子開關(guān)等。

圖1 光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

  研究亮點(diǎn)

  日本筑波大學(xué)的Kiyoshi Asakawa教授等撰寫了綜述文章總結(jié)了硅光子學(xué)創(chuàng)新進(jìn)展的歷史，為了方便包括科研機(jī)構(gòu)、公司企業(yè)的科學(xué)家、工程師以及高校學(xué)生在內(nèi)的廣大讀者理解，文章分為兩個部分，分別是硅光子平臺的基本特性簡介，及其在電信和數(shù)據(jù)通信兩類高級光子網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，從而讓讀者更加廣泛詳細(xì)地了解硅光子學(xué)器件的卓越性能及其在先進(jìn)光子網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用潛力。

       綜述還涉及針對高級光子信號處理網(wǎng)絡(luò)的硅光子學(xué)特殊應(yīng)用，及其針對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)需求(例如低功耗，寬帶寬和高傳輸速度)的解決方案。對希望挑戰(zhàn)相關(guān)問題并針對爆炸性增長的光子網(wǎng)絡(luò)流量提出實(shí)用解決方案的光子網(wǎng)絡(luò)工程師而言，該綜述將大有幫助。此外，論文不僅囊括了硅光子器件的特性和應(yīng)用，還兼述了CMOS兼容的納米制造技術(shù)，以便為當(dāng)前CMOS技術(shù)開辟新市場的納米電子CMOS工藝工程師提供參考。

圖2 50 Gb/s Si光子傳輸模塊。

(a)和(b)分別是波分復(fù)用傳輸器和接收器

  這篇綜述以“Silicon photonics for telecom and data-com applications”為題，發(fā)表在英文期刊Opto-Electronic Advances 2020年第10期。