Page 32 - 网络电信2021年8月刊下
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硅光技术与测试挑战
朱振华 顾恩婷 李凯
是德科技（中国）有限公司
摘要：硅光技术是硅技术与光电技术的结合，具有很大的应用前景。硅光器件通常需要先在晶
圆上进行测试、筛选后再进行封装。本文介绍了硅光技术的发展，以及硅光器件的典型测试参数
和测试方法，并对硅光晶圆测试中的光路耦合、波长扫描、高频参数测量等挑战以及解决方案进
行了深入探讨。
关键词：硅光；晶圆测试
一、硅光技术简介 合器、光波导、合分波器、环形器等器件，直接形成一个光集
云计算的普及使得大型数据中心成为各大互联网公司的核 成电路（PIC：Photonic IntegratedCircuit），在降低成本的
心基础设施，而AI和深度学习技术进一步使得数据中心内部流 同时大大提高了封装和生产效率。硅光技术从上世纪80年代提
量快速增长，与之对应的是国内外新建的大型数据中心普遍采 出以来，经历了3个主要的发展阶段：1985～2000年的原理探索
用更加扁平和密集的CLOS架构网络。同时，5G移动通信技术在 阶段；2000～2010年的功能器件研发阶段（如调制器、探测器
全球逐渐商用，更高的载波频率甚至毫米波技术使得每个射频 等）；2010～2020年的系统应用阶段（如100G光模块、微波光
单元的覆盖半径比4G小很多，所以也需要更加密集地部署高速 子链路、光传感链路等）。硅基的大规模生产技术减少了后期
的光传输网络。因此，光网络和光器件的带宽、功耗、体积、 人工封装和调试的成本；同时通过光电集成减少了部分冗余电
成本对于新型数据中心和5G移动通信网络的建设都至关重要。 路，也减小了系统功耗和体积。
几十年来，摩尔定律使得硅基集成电路的成本和功耗持 目前，硅光技术已经逐渐进入产业化阶段，特别是在短距
续下降，虽然目前遇到了一些工艺瓶颈，但至今绝大多数大规 离传输时的体积、功耗和成本优势明显。比较成熟的硅光应用
模、低成本的集成电路仍是基于硅基技术。在传统的光模块 有以Intel公司为代表的100G-PSM4模块（4路并行单模，500米
内部，能用硅基工艺大规模生产的主要是电接口芯片如DSP、 传输距离），由于PSM4模块4路采用相同波长，通过硅光的4路
CDR、Gearbox、驱动器等。但除了电芯片以外，光模块内部还 外调制器可以只使用1个激光光源，硅光集成技术大大降低了成
有大量的光芯片如激光器、调制器、接收器，以及无源光器件 本。对于更远的传输距离来说，通常采用WDM（波分复用）方
如光栅、光波导、合分波器等。传统光模块的生产过程是把电 式，需要集成多个不同波长的激光器，而且硅波导的损耗、温
芯片、光芯片、透镜、波导等各个分立器件封装在一起，整个 度敏感性等问题也需要特别的设计以得到稳定的波长和功率，
装配、调试、测试过程非常复杂，所以人工成本较高，生产效 所以硅光技术在更远传输距离以及电信级的的应用上还有一
率提高也很困难。 定挑战。目前，Intel、Broadcom、Cisco、Acacia、Macom、
硅光（Silicon Photonics）技术是指用成熟的硅基工艺， Ciena等公司都已经具备了相关的硅光芯片设计或生产能力，并
在硅基底上直接蚀刻出电芯片、调制器、APD接收器、光栅耦 进入小规模量产阶段。
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