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5 G 光 器 件 与 光 模 块 专 题
三、硅光 [4-5] 市场价值很高。
随着用户和数据中心之间通过互联网的数据交互持续增 从产品形态角度预测，需求量最高的是400G产品，200G
长，数据中心内的数据通信量越来越高。现有数据中心的数据 或将是100G向400G过渡的阶段性产品。下一步的发展重点会
交换和互联设备，无论是性能还是成本已经越来越难以应对如 是开发基于单波100G的400G产品，成本目标低于1美元/千兆
[5]
此庞大的数据流量增长，急需新的解决方案。 （gigabit），功耗低于5mW/Gb 。
图6 Intel硅光技术 [4]
四、5G光模块核心电-光转换器件，激光器
VCSEL、DFB、EML
光模块核心光芯片主要应用于光通信系统的发射端，不同
类型的激光器对光芯片可作如下分类：
（1）按发光类型，可分为面发射与边发射。面发射激光
主要为VCSEL（垂直腔面发射激光器）；边发射型激光，包括FP
（ Fabry–Pérot，法布里-珀罗激光器）、DFB（Distributed
Feedback Laser, 分布反馈式激光器）及EML（Electro-
absorption Modulated Laser，电吸收调制激光器）等。
（2）按调制类型，分为直接调制与外调制。其中，DML
硅光子器件如今已被光通讯行业业界普遍认同为下一代通 （Directly Modulated Laser，直接调制激光器）由电路直接
讯系统和数据互连系统的核心技术器件之一。硅光子芯片技术 控制激光的开闭状态，最为常见的是DFB激光器。外调制类型由
不同于传统光通讯器件的分离生产、组装式的生产工艺，它利 外电路控制来实现激光的开闭状态，较为常见的是由DFB激光器
用硅或与硅兼容的其他材料，将光子和电子为载体的信息功能 和电吸收调制器EAM组成的EML。
器件，集成到一块硅基衬底上。其核心目的是通过将光电子器 图8 激光器主要分类方式
件“小型化”、“硅片化”并与纳米电子器件相集成，形成一
个完整的具有综合功能的新型大规模光电集成芯片。硅光子器
件技术所使用的集成光子芯片的开发、生产与当前主流半导体
工业可以有机融合，为光模块产业提供了大带宽、高速率、低
成本、低能耗的新型解决方案。与现有的光通信技术相比，硅
光子技术在低成本、高集成度、多功能嵌入、高密度互联、低
功耗以及高可靠性方面，能够更好的满足当前数据中心提出的
新要求。
图7 2016~2025年硅光子收发器市场预测 [5]
传统的FP激光器芯片由于损耗大，传输距离短的缺点，其
在光通信领域的应用逐渐减少，主要应用的激光芯片主要有以
下三种：VCSEL、DFB和EML。
（1）VCSEL具有单纵模、圆形输出光斑、价格低廉和易
于集成等特点，发光传输距离较短，适用于300m内的短距离传
输。主要应用场景包括：数据中心内部、消费电子领域等。
（2）DFB是在FP的基础上通过内置布拉格光栅，使激光
呈高度单色性，降低了损耗，提升了传输距离，从而满足中长
目前，硅光子市场尚未大规模开启，2016年芯片级市场规 距离传输的要求，属于最常用的直接调制激光器。主要应用场
[5]
模约为3000万美元 。但未来硅光子市场增长潜力巨大，芯片 景包括：FTTx接入网、传输网、无线基站、数据中心内部互联
级市场规模到2025年预计可增长至5.6亿美元，而收发器级市场 等。
规模则预计将增长至40亿美元[5]。这意味着硅光子技术市场在 （3）EML激光通过在DFB的基础上增加外调制器电吸收片
整体光收发器市场的占比，将从2016年的个位数，增长至2025 （EAM），啁啾与色散性能均优于DFB，适用于更长距离传输。
年的35%，数据中心之间的通讯应用将占绝大大部分。尽管硅光 主要应用场景主要包括：高速率、远距离的电信骨干网、城域
子技术应用的晶圆数量仅占全球SOI（Silicon-On-Insulator） 网和数据中心互联（DCI网络）等。
市场很小的一部分，但是由于SOI晶圆较高的价格，其所带来的
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