淺析光子集成技術(shù)的優(yōu)勢和發(fā)展現(xiàn)狀

隨著5G和光纖通訊的發(fā)展，市場對通訊的速率和帶寬有更高的要求。光子集成技術(shù)作為光纖通信最前沿、最有前途的領(lǐng)域,它是滿足未來網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的最好辦法。

光子集成芯片的優(yōu)勢

光子集成芯片比傳統(tǒng)的分立光電光處理方式降低了成本和復(fù)雜性,通過將很多的光學(xué)元器件集成在一個(gè)單片之中，大規(guī)模單片PIC使得系統(tǒng)尺寸、功耗以及可靠性都得到大幅度提高，同時(shí)大大降低了系統(tǒng)成本。

光子芯片的應(yīng)用使得傳輸系統(tǒng)所需要的獨(dú)立光器件數(shù)量大大降低，同時(shí)大大減少了光器件封裝的次數(shù)。光器件封裝及相關(guān)的裝配過程所需要的成本占整個(gè)光器件成本的一大半。對于復(fù)雜的光器件，封裝裝配成本甚至可以高達(dá)一半以上，因此將數(shù)十個(gè)光器件集成在一個(gè)單片中，然后進(jìn)行封裝可以大大降低系統(tǒng)的成本。

光子集成技術(shù)的分類

光子集成電路分為無源和有源兩大類。無源這種光子集成電路所集成的器件全部是無源光器件，比如光濾波器、光復(fù)用/解復(fù)用器以及可調(diào)光衰減器等，普遍采用平面光波導(dǎo)技術(shù)，發(fā)展相對成熟。有源光子集成電路可以集成諸如激光器、調(diào)制器、PIN探測器以及光放大器等有源光器件，同時(shí)還可以集成光濾波器、可調(diào)衰減器等無源光器件。由于有源PIC往往涉及不同材料的光器件的集成，實(shí)現(xiàn)難度較大。

中小規(guī)模集成技術(shù)發(fā)展相對比較成熟，常見的產(chǎn)品主要有無源光子集成技術(shù)（如AWG、ROADM等）和有源PIC（DFB+EA激光器、DFB激光器陣列等）。一些光器件公司也在致力于開發(fā)集成可調(diào)諧激光器與馬赫-曾德爾調(diào)制器產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)在XFP收發(fā)器上實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧性。

光子集成技術(shù)的現(xiàn)狀

在硅基光子集成電路尚不能取得實(shí)質(zhì)性突破之時(shí)，采用磷化銦材料的單片集成是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光子集成電路的有效解決方案。然而，光子集成電路技術(shù)從提出至今已有40年的歷史，發(fā)展速度一直都很緩慢，大規(guī)模單片光子集成電路也只是在近幾年才取得了突破性的進(jìn)展，這其中有其固有的技術(shù)原因，如何將有源與無源光器件集成在一個(gè)單片上一直是一個(gè)難題。

目前，光子芯片技術(shù)已經(jīng)由硅光子集成技術(shù)向納米光子學(xué)范疇邁進(jìn)。在材料方面，石墨烯等先進(jìn)材料的研究也有望將光子芯片技術(shù)的應(yīng)用推向新的高度。隨著光子技術(shù)的不斷發(fā)展，光子技術(shù)將幫助突破計(jì)算機(jī)電子技術(shù)的局限；通過大幅增加數(shù)據(jù)容量和提高數(shù)據(jù)傳輸速度，它將推動(dòng)通信行業(yè)進(jìn)入太比特時(shí)代，同時(shí)降低碳足跡和單位成本。