利用標準代工平臺構(gòu)建硅光子MEMS微環(huán)諧振濾波器

近年來，全球數(shù)字化進程空前加速。居家辦公和遠程學習帶來的流媒體和視頻會議等應用，導致住宅寬帶使用激增。人工智能（AI）和自動駕駛汽車等新興應用，將進一步加速未來對數(shù)據(jù)通信的需求。

如今的互聯(lián)網(wǎng)基礎設施是基于光纖通信的，如何使系統(tǒng)更高效地滿足未來激增的數(shù)字通信需求？

為了應對日益增長的數(shù)據(jù)速率，光纖通信系統(tǒng)開始在不同專用波長下采用許多獨立通信信道，這一技術(shù)被稱為波分復用。這些信道在光纖傳輸之前在多路復用器中組合。然后在接收端對光譜信號進行解復用。

通常，利用光子集成電路（PIC）執(zhí)行此操作。光子集成電路將光限制并引導到微尺度組件中，例如陣列波導光柵或集成環(huán)形諧振器等，這些組件在多個波長通道中操縱信息。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，在近期發(fā)表于Journal of Optical Microsystems期刊的一篇論文中，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院（EPFL）Hamed Sattari博士及其共同作者通過移動光子集成電路（PIC）中的懸浮硅環(huán)形諧振器，展示了一種用于解復用操作的高能效組件。

其環(huán)形諧振器的機械位移將波長通道提取到總線波導中，有效地充當了微機械操作的分插濾波器（Add/Drop Filter）。其靜電執(zhí)行機制基于MEMS技術(shù)，這種技術(shù)已廣泛應用于各類消費電子產(chǎn)品，例如投影儀中的德州儀器（TI）數(shù)字微鏡陣列等。

MEMS分插濾波器示意圖。

該器件通過驅(qū)動可垂直移動的懸浮環(huán)形諧振器進行調(diào)諧。極其緊湊的占位面積可以實現(xiàn)快速操作，靜電驅(qū)動機制確保了極低的能耗，使得這種新型濾波器具有高能效。

與那些已成熟的光學MEMS器件相比，該論文所展示的新型硅光子MEMS器件的尺寸大約小了3個數(shù)量級。

其環(huán)形諧振器的波導橫截面小于650 nm x 220 nm，憑借小于500 nm的位移就足以操作濾波器。

與現(xiàn)有的MEMS產(chǎn)品相比，這種緊湊的占位面積可以實現(xiàn)更快速地操作，并且，靜電執(zhí)行機制確保了極低的能耗，使這種新型濾波器具有更高的能效。

左側(cè)為硅光子芯片的光學顯微鏡圖像，右側(cè)為懸浮式MEMS微環(huán)諧振濾波器的放大視圖；成功將MEMS器件集成到標準硅光子平臺的完整堆棧中。

其中，硅光子MEMS分插濾波器在IMEC（總部位于比利時的國際研發(fā)組織）標準硅光子平臺上通過后處理工藝實現(xiàn)。據(jù)稱，通過標準代工工藝在硅光子芯片中集成MEMS代表了新的技術(shù)里程碑。

釋放硅光子MEMS組件的制造工藝

此前在EPFL領(lǐng)導光子MEMS開發(fā)的Niels Quack教授表示：“我們證明了光子MEMS可以與芯片上已構(gòu)建的高性能光子組件集成，并且可以大規(guī)模擴展?！?/p>

Hamed Sattari表示：“我們的研究表明，硅光子MEMS在技術(shù)成熟度方面邁出了重要一步?，F(xiàn)在我們已經(jīng)可以構(gòu)建由上千個組件組成的大規(guī)模光子集成電路（例如分插濾波器），提供了可以使數(shù)據(jù)中心和光纖通信應用更加節(jié)能的新平臺?！?/p>

論文鏈接：https://doi.org/10.1117/1.JOM.2.4.044001

審核編輯：劉清