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芯片间光传输大势所趋 硅光子技术全面普及(4)

华体会备用网在线  来源:电子发烧友    2013/10/29 14:35:42  我要投稿  

开发独特的核心技术群

PECST的光收发器的实现主要依靠四项核心技术(图6),分别为(1)作为光源的激光阵列元件、(2)连接光源与硅波导的光斑尺寸转换器(SSC)、(3)Mach-Zehnder型光调制器*、(4)锗光敏元件。

图6:实现6.6Tbit/秒/cm2传输容量密度的核心要素

本图为东京大学荒川研究室与PECST实现6.6Tbit/秒/cm2传输容量密度的技术要点。激光元件方面,开发出了大规模阵列化的技术;大幅降低了光斑尺寸转换器的损失;光调制器的尺寸缩小至原来的1/4;锗光敏元件也实现了2倍以上的高速化。(摄影:PECST)

*Mach-Zehnder(马赫-曾德尔)型光调制器=光干涉仪的一种,一般是把同一光源的光分成两束,对其中一束实施相位控制等处理后,再与另一束光耦合。

(1)激光阵列元件以约30μm的间距成功地配置了13通道的激光二极管(LD)。PECST称“目前已经制作出104通道的元件”。

(2)SSC把以往的一条锥形波导改为三条波导构成,从而大幅降低了光耦合损失。而且,在硅上安装激光阵列元件时的位置对准精度也大幅放宽,为0.9μm。

解决了调制器的两个课题

对光收发器的小型化贡献最大的是(3)光调制器的开发。以前,Mach-Zehnder型光调制器为了补偿调制效率低的问题,需要较长的路径长度。原来长度为1cm以上,最近缩短到了1mm左右,而此次大幅缩短至250μm。这是通过将pin型二极管像梳子齿一样垂直配置在硅波导上,把调制效率提高到原来的4倍实现的。

PECST开发的光调制器通过改变硅波导和附近的载流子密度来改变折射率。此时的课题是如何兼顾波导中的光密封和在不妨碍光的范围内提高载流子密度的控制。此次的设计通过将载流子出入口设计成篦子齿那样细密,不让光从这里漏出,从而解决了这一个课题。

(4)锗光敏元件通过由原来的pin型构造改为元件容量小的MSM构造*,实现了2倍以上的高速动作。

MSM(金属-半导体-金属)构造是光电二极管(PD)的一种,半导体与两枚金属电极组合的构造。

扩大传输容量密度方面,PECST也有了头绪。其主要研究人员——东京大学先端科学技术研究中心教授荒川泰彦2012年改进了光调制器的电极设计,将其所占面积进一步缩小到了原来的1/5以下。荒川教授表示,“将其用于光收发器IC集成的话,预计可实现10Tbit/秒/cm2的目标传输容量密度”。

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