PLC平面光波導技術(shù)應用的現狀

        【訊石光通訊咨詢(xún)網(wǎng)】平面光波導PLC是英文Planar Lightwave Circuit的縮寫(xiě)，是平面光波導技術(shù)。早在幾年前，平面光波導技術(shù)就能夠使光子在晶圓中傳輸，并已在WDM系統中廣泛應用，主要是陣列波導光柵（AWG）復用/解復用模塊。在訊石今年5月河南聯(lián)誼會(huì )上，河南仕佳光子科技有限公司安俊明博士發(fā)表了《PLC光無(wú)源器件的現狀及展望》，針對PLC光無(wú)源器件的技術(shù)現狀作了闡述。

PLC技術(shù)應用之一

        第一類(lèi)是波分復用器-平面光波導器件，其中又分為刻蝕衍射光柵EDG、微環(huán)諧振器解復用器、陣列波導光柵AWG和光子晶體解復用器這幾大類(lèi)。

        安博士還介紹了AWG的工作原理，其中AWG芯片是主干網(wǎng)、數據中心、光互連的關(guān)鍵芯片。不同材料系的AWG性能參數也不同，其中二氧化硅波導的折射率差為0.75%，波導尺寸為6 mm´6mm，彎曲半徑為5mm，40通道芯片尺寸為45mm´20mm，最大的優(yōu)點(diǎn)是，單獨使用的損耗低；SOI波導的折射率差為40%，波導尺寸為500nm´200nm，彎曲半徑為5mm；16通道芯片尺寸為580mm´170mm，屬于集成使用，亞微米加工，因此耦合難度大；InGaAsP/InP波導的尺寸為2.5 m m´0.5mm，彎曲半徑為500mm，屬于集成使用，損耗稍高，但是價(jià)格貴。

        硅基二氧化硅AWG需要克服三大難點(diǎn)：均勻的材料生長(cháng)、相位控制以減少串擾及退火應力補償，其最大通道數高達512通道。

        Si納米線(xiàn)波導AWG的波導尺寸在300nm-500nm，Ghent大學(xué)制備出了8通道、400GHz硅納米線(xiàn)AWG，尺寸僅為200mm´350mm，器件插損僅-1.1dB，串擾為-25dB。

        硅納米線(xiàn)AWG關(guān)鍵工藝在于電子束曝光或深紫外曝光和ICP干法刻蝕，需要克服三大難點(diǎn)：EB光刻密集納米線(xiàn)波導均勻性、EB寫(xiě)場(chǎng)拼結問(wèn)題(斷開(kāi)或錯位) 及EB光刻、ICP刻蝕側壁光滑性。

        64通道、50GHz InP AWG的禁帶為1.05 mm，GaInAsP為0.5 mm厚，上面覆蓋1.5 mm厚的InP。深脊型波導寬度為2.55 mm，刻蝕深度為4.5 mm。NTT采用深脊型結構，實(shí)現偏振無(wú)關(guān)，其尺寸為3.6mm´7.0mm；輸入/輸出波導展寬為4 mm；輸出波導間隔為25 mm；陣列波導彎曲半徑為500 mm；輸入/輸出波導彎曲半徑為250 mm；插損在14.4-16.4dB間，串擾小于-20dB。

PLC技術(shù)應用之二

        第二類(lèi)為PLC光分路器，屬于光纖到戶(hù)的核心光子器件。PLC平面波導型光分路器采用高度集成的制備技術(shù)，分路數最多達128路，采用光刻、生長(cháng)和干法刻蝕工藝，在石英襯底上形成掩埋光波導，實(shí)現光功率分配，是光分路器生產(chǎn)的最佳技術(shù)。目前掌握這種技術(shù)的公司，國外有NTT、AiDi、Hitachi Cable、Wooriro、PPI、Fi-Ra，Neon、Corecross、QNIX、Enablence。還有一種采用玻璃基離子交換制備技術(shù)，該技術(shù)的工藝簡(jiǎn)單、設備投資少，國外有法國的Teem Photonics公司和以色列ColorChip公司，國內曾有報道浙江大學(xué)也掌握了該技術(shù)。

        目前，PLC光分路器晶圓制備工藝流程分6大步驟共19個(gè)工序。依次為：芯區生長(cháng)－退火、生長(cháng)硬掩膜、光刻（涂膠、前烘、曝光、顯影、后烘）、刻蝕硬掩膜、去光刻膠、刻蝕芯區、去硬掩膜、清洗、生長(cháng)上包層、退火（重復多次）。

PLC技術(shù)應用之三

        第三種類(lèi)型為無(wú)源與有源功能器件混合集成，有AWG與可調諧衰減器（VOA）集成、AWG與熱光開(kāi)關(guān)集成的光上下路器（OADM）這兩種集成方式。

        二氧化硅平臺混合集成有LD倒裝和PD側面貼裝兩種方式。而封裝模塊-片上倒裝結構屬于SOI平臺混合集成，有LD倒裝和PD表面貼裝兩道工序，比二氧化硅平臺少一個(gè)工序。

        混合集成工藝-LD倒裝焊采用兩側臺階標記的方式，SOI平臺混合集成LD倒裝

        混合集成工藝-PD表面貼裝，采用面探測器，NTT以前用波導型探測器。相比較兩種探測器，面探測器對準容差大，簡(jiǎn)化了工藝。

PLC技術(shù)應用之四

        第四種類(lèi)型為SOI納米線(xiàn)AWG與Ge探測器單片集成，屬于硅基器件混合、單片集成。

PLC技術(shù)應用之五

        第五種類(lèi)型為InP基單片集成（PIC），其中Infinera公司是全球PIC集成芯片代表。InP基單片集成Key Innovation PIC是技術(shù)上的創(chuàng )新，屬于有源光子的集成，具有空間小、能耗低、可靠性高的特點(diǎn)，能夠實(shí)現數字帶寬，帶來(lái)部署和管理的靈活性。

        目前光子集成實(shí)現了傳送IP化，單蝕刻，大規模InP光子集成、每芯片100Gb/s WDM系統容量、一對PIC集成了62個(gè)分離Tx&Rx

        Infinera InP基集成實(shí)現了光纖耦合次數減少30倍，空間占用減少3倍，并且功率消耗減少50%，相對而言，優(yōu)勢明顯。

        目前，國內光通信產(chǎn)業(yè)鏈在系統集成這一環(huán)節實(shí)力雄厚，其中華為、中興、烽火均已躍居世界前列。但是不可否認的是，我國在上游芯片這一塊的技術(shù)比較弱，只有低端有源可以自產(chǎn)，大部分低端及高端芯片都依賴(lài)進(jìn)口。國內在模塊這一環(huán)節的實(shí)力算是比較強，以光迅等為代表，總體而方屬于以組裝為主的封裝大國。眾所周知，光通信產(chǎn)業(yè)鏈的基礎在于芯片，只有掌握了高端芯片集成技術(shù)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈才得以很好的延伸下去。