硅光子器件在電信及數據通信中的應用

  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90年代，以硅為基礎的納米級波導就已經(jīng)以一種新型的納米光子器件，即硅光子器件的形式出現。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(lái)取得了顯著(zhù)進(jìn)步。并且隨著(zhù)當前電信和數據通信網(wǎng)絡(luò )中流量的爆炸性增長(cháng)，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(zhù)包括平面光波電路(PLC)，陣列波導光柵(AWG)，光纖放大器(OFA)，密集波分復用(DWDM)，可重構光分插復用(ROADM)和數字相干技術(shù)在內的多項關(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80年代就已被提出，但其并未能迅速實(shí)現大規模應用。

      全光子器件集成工作是建立在硅光子學(xué)基礎之上的。近年來(lái)，硅光子學(xué)已廣泛用于電信和數據通信，包括數據中心和電信網(wǎng)絡(luò )中的緊湊型光學(xué)互連收發(fā)器和新型光子開(kāi)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(xiě)了綜述文章總結了硅光子學(xué)創(chuàng )新進(jìn)展的歷史，為了方便包括科研機構、公司企業(yè)的科學(xué)家、工程師以及高校學(xué)生在內的廣大讀者理解，文章分為兩個(gè)部分，分別是硅光子平臺的基本特性簡(jiǎn)介，及其在電信和數據通信兩類(lèi)高級光子網(wǎng)絡(luò )中的應用，從而讓讀者更加廣泛詳細地了解硅光子學(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)特殊應用，及其針對當前網(wǎng)絡(luò )需求(例如低功耗，寬帶寬和高傳輸速度)的解決方案。對希望挑戰相關(guān)問(wèn)題并針對爆炸性增長(cháng)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用，還兼述了CMOS兼容的納米制造技術(shù)，以便為當前CMOS技術(shù)開(kāi)辟新市場(chǎng)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。