Page 24 - 网络电信2021年11月刊下
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光    通    信

                一、发展应用                                           改变工作波长，同时避免了光模场的对准问题），大大降低了
                硅基光电子技术通过探讨微纳米量级光子、电子及光电子                        整体的封装成本。Intel于2018年推出的100Gbit/sPSM4QSFP28
            器件在不同材料体系中的新颖工作原理，并使用与硅基集成电                          硅基光电子收发模块，也是近年来硅基光电子通信应用领域最
            路工艺兼容的技术和方法，将它们异质集成在同一硅衬底上，                          成功的产品之一，累计出货量超300万只。
            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。                               Acacia在硅基光电子的长距离应用上处于领先地位，是最
            硅基光电子的发展始于20世纪80年代，Soref发现了晶体硅中                      早推出100Gbit/s相干硅基光电子收发模块的公司，具备相干数
            的等离子色散效应，为硅基电光调制提供了理论基础[18]。硅                        字信号处理（digitalsignalprocessing，DSP）芯片设计能力
            基光电子技术拥有光的极高带宽、超快速率和高抗干扰特性                           及业内领先的硅基光电子单片集成及封装工艺。于2018年发布
            以及微电子技术在大规模集成、低能耗、低成本等方面的优                           的AC1200模块是首次实现6600km超长距离400Gbit/s速率信号传
            势，更适应未来高速、复杂的光通信系统，如图2所示。Intel                       输的硅基光电子模块。
            预测，未来硅基光电子模块的预期成本可以降至0.3美元（/                             Sicoya是采用单片集成路线的硅基光电子芯片公司，利用
            Gbit•s−1），相对于InP材料而言更具有成本优势。                         IHP公司开发的锗硅双极互补金属氧化半导体（GeSiBiCMOS）
                硅基光电子巨大潜能和商用价值逐渐受到业界认可，其                         工艺，将微电子集成电路（如驱动器（Driver）、跨阻放大器
            中代表性的公司主要包括Luxtera、Rockly、Intel、Acacia、              （TIA）等）和硅基光电子芯片集成在同一块硅片上，提升了整
            Sicoya等，商业公司的加入大力推动了硅基光电子技术产业化                       体性能。一方面，大大缩短了高频信号在驱动器和调制器之间
            的发展。                                                 的传输距离，降低了发射端的功耗；另一方面，由于光探测器
                Rockly是早期致力于硅基光电子商业化的公司之一。                       和放大器之间的信号路径缩短，接收端具有更高的信噪比。
            Rockly的硅基光电子芯片采用3μm厚硅的技术路线，充分发挥                          近年来，我国的硅基光电子产业发展十分迅速，基础研
            硅材料在无源器件方面的优势，与一般的220nm薄硅技术路线相                       究不断取得突破、技术标准相继形成、产业链不断完善、产品
            比，Rockly将硅波导的损耗降低了一个数量级（0.2dB/cm）；                   解决方案日趋完善。部分硅基光电子技术基础研究接近国际
            且3μm的厚硅波导尺寸与InP激光器模斑尺寸相近，便于和InP                      一流水平，部分关键产品已基于自主研发实现了产业化突破，
            激光器混合集成，避开了硅材料在发光上的劣势；但其弊端在                          2018－2020年，国家信息光电子创新中心联合产业力量先后推
            于无法通过掺杂的设计形成调制器，需要采用倒装焊（flip-                        出100Gbit/s硅基光电子芯片和4×200Gbit/s硅基光电子发射
            chipbonding，FCB）的方式将InP的电吸收调制器集成到硅基光                 机，实现技术突破。此外，光迅、华为、阿里巴巴、海信、亨
            电子芯片上实现调制功能。                                         通Rockley、赛勒光电等企业正在进入硅基光电子市场，相继展
                Luxtera（后被思科收购）也是早期从事硅基光电子通信芯                    示了自主研制的硅基光电子产品。
            片研究的公司，Luxtera的硅基光电子芯片采用光栅耦合器作为
            输入/输出（I/O）端口，可以不经过裂片直接对硅基光电子芯                            二、市场前景
            片进行晶圆级测试和封装，节约了整体成本。同时，Luxtera的                          硅基光电子技术市场前景十分广阔，根据市场研究机构
            硅基光电子芯片封装技术也较为领先，通过到FCB的方式将激光                        Yole的数据，2020年，基于硅基光电子技术的产业总体市场规
            器芯片和专用集成电路（ASIC）芯片混合贴装在硅基光电子芯                        模大约为8000万美元。到2026年，预计硅基光电子技术的产业
            片表面形成完整的硅基光电子收/发芯片引擎，降低了后端光模                         总体市场规模将快速增长至11亿美元，2020—2026年均复合增
            块封装的难度。                                              长率高达49%。硅基光电子不同应用场景市场规模预估如图3所
                Intel于2016年发布了基于硅基光电子的首款50Gbit/s光发               示。
            射和接收模块。Intel的硅基光电子芯片采用了特殊的倏逝波耦                           硅基光电子技术应用场景分布广泛，在通信、激光雷达、
            合结构，利用自身的工艺能力，使得硅基光电子波导和InP芯片                        传感以及人工智能光计算等方面已有产业化的趋势。特别是在
            共同构成激光器谐振器（可以通过调整硅基光电子波导的结构                          2021年，Rockley与苹果公司合作开发基于硅基光电子的分光光

             图 2 硅基光电子技术适合多通道的高速光通信                               图 3 硅基光电子不同应用场景市场规模预估




















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