PLC光無(wú)源器件技術(shù)的現(xiàn)狀
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摘要： 平面光波導(dǎo)PLC是英文Planar Lightwave Circuit的縮寫(xiě)，是平面光波導(dǎo)技術(shù),。早在幾年前,，平面光波導(dǎo)技術(shù)就能夠使光子在晶圓中傳輸，并已在WDM系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用,，主要是陣列波導(dǎo)光柵（AWG）復(fù)用/解復(fù)用模塊。
Abstract：
Key words :
平面光波導(dǎo)PLC是英文Planar Lightwave Circuit的縮寫(xiě),，是平面光波導(dǎo)技術(shù),。早在幾年前，平面光波導(dǎo)技術(shù)就能夠使光子在晶圓中傳輸,，并已在WDM系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用,，主要是陣列波導(dǎo)光柵（AWG）復(fù)用/解復(fù)用模塊,。近日，河南仕佳光子科技有限公司安俊明博士發(fā)表了《PLC光無(wú)源器件的現(xiàn)狀及展望》,，針對(duì)PLC光無(wú)源器件的技術(shù)現(xiàn)狀作了闡述,。
PLC光無(wú)源器件技術(shù)的第一類(lèi)
第一類(lèi)是波分復(fù)用器-平面光波導(dǎo)器件，其中又分為刻蝕衍射光柵EDG,、微環(huán)諧振器解復(fù)用器,、陣列波導(dǎo)光柵AWG和光子晶體解復(fù)用器這幾大類(lèi)。
安博士還介紹了AWG的工作原理,，其中AWG芯片是主干網(wǎng),、數(shù)據(jù)中心、光互連的關(guān)鍵芯片,。不同材料系的AWG性能參數(shù)也不同,，其中二氧化硅波導(dǎo)的折射率差為0.75%，波導(dǎo)尺寸為6 mm′6mm,，彎曲半徑為5mm,，40通道芯片尺寸為45mm′20mm，最大的優(yōu)點(diǎn)是,，單獨(dú)使用的損耗低,；SOI波導(dǎo)的折射率差為40%，波導(dǎo)尺寸為500nm′200nm,，彎曲半徑為5mm,；16通道芯片尺寸為580mm′170mm，屬于集成使用,，亞微米加工,，因此耦合難度大；InGaAsP/InP波導(dǎo)的尺寸為2.5 m m′0.5mm,，彎曲半徑為500mm,，屬于集成使用，損耗稍高,，但是價(jià)格貴,。
硅基二氧化硅AWG需要克服三大難點(diǎn)：均勻的材料生長(zhǎng)、相位控制以減少串?dāng)_及退火應(yīng)力補(bǔ)償,，其最大通道數(shù)高達(dá)512通道,。
Si納米線(xiàn)波導(dǎo)AWG的波導(dǎo)尺寸在300nm-500nm，Ghent大學(xué)制備出了8通道,、400GHz硅納米線(xiàn)AWG,，尺寸僅為200mm′350mm，器件插損僅-1.1dB，串?dāng)_為-25dB,。
硅納米線(xiàn)AWG關(guān)鍵工藝在于電子束曝光或深紫外曝光和ICP干法刻蝕,，需要克服三大難點(diǎn)：EB光刻密集納米線(xiàn)波導(dǎo)均勻性、EB寫(xiě)場(chǎng)拼結(jié)問(wèn)題(斷開(kāi)或錯(cuò)位) 及EB光刻,、ICP刻蝕側(cè)壁光滑性,。
64通道、50GHz InP AWG的禁帶為1.05 mm,，GaInAsP為0.5 mm厚,，上面覆蓋1.5 mm厚的InP。深脊型波導(dǎo)寬度為2.55 mm,，刻蝕深度為4.5 mm。NTT采用深脊型結(jié)構(gòu),，實(shí)現(xiàn)偏振無(wú)關(guān),，其尺寸為3.6mm′7.0mm；輸入/輸出波導(dǎo)展寬為4 mm,；輸出波導(dǎo)間隔為25 mm,；陣列波導(dǎo)彎曲半徑為500 mm；輸入/輸出波導(dǎo)彎曲半徑為250 mm,；插損在14.4-16.4dB間,，串?dāng)_小于-20dB。
PLC光無(wú)源器件技術(shù)的第二類(lèi)
第二類(lèi)為PLC光分路器,，屬于光纖到戶(hù)的核心光子器件,。PLC平面波導(dǎo)型光分路器采用高度集成的制備技術(shù)，分路數(shù)最多達(dá)128路,，采用光刻,、生長(zhǎng)和干法刻蝕工藝，在石英襯底上形成掩埋光波導(dǎo),，實(shí)現(xiàn)光功率分配,，是光分路器生產(chǎn)的最佳技術(shù)。目前掌握這種技術(shù)的公司,，國(guó)外有NTT,、AiDi、Hitachi Cable,、Wooriro,、PPI、Fi-Ra,，Neon,、Corecross、QNIX,、Enablence,。還有一種采用玻璃基離子交換制備技術(shù),，該技術(shù)的工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少,，國(guó)外有法國(guó)的Teem Photonics公司和以色列ColorChip公司,，國(guó)內(nèi)曾有報(bào)道浙江大學(xué)也掌握了該技術(shù)。
目前,，PLC光分路器晶圓制備工藝流程分6大步驟共19個(gè)工序,。依次為：芯區(qū)生長(zhǎng)－退火、生長(zhǎng)硬掩膜,、光刻（涂膠,、前烘、曝光,、顯影,、后烘）、刻蝕硬掩膜,、去光刻膠,、刻蝕芯區(qū)、去硬掩膜,、清洗,、生長(zhǎng)上包層、退火（重復(fù)多次）,。
PLC光無(wú)源器件技術(shù)的第三類(lèi)
第三種類(lèi)型為無(wú)源與有源功能器件混合集成,，有AWG與可調(diào)諧衰減器（VOA）集成、AWG與熱光開(kāi)關(guān)集成的光上下路器（OADM）這兩種集成方式,。
二氧化硅平臺(tái)混合集成有LD倒裝和PD側(cè)面貼裝兩種方式,。而封裝模塊-片上倒裝結(jié)構(gòu)屬于SOI平臺(tái)混合集成，有LD倒裝和PD表面貼裝兩道工序,，比二氧化硅平臺(tái)少一個(gè)工序,。
混合集成工藝-LD倒裝焊采用兩側(cè)臺(tái)階標(biāo)記的方式，SOI平臺(tái)混合集成LD倒裝
混合集成工藝-PD表面貼裝,，采用面探測(cè)器,，NTT以前用波導(dǎo)型探測(cè)器。相比較兩種探測(cè)器,，面探測(cè)器對(duì)準(zhǔn)容差大,，簡(jiǎn)化了工藝。
PLC光無(wú)源器件技術(shù)的第四類(lèi)
第四種類(lèi)型為SOI納米線(xiàn)AWG與Ge探測(cè)器單片集成,，屬于硅基器件混合,、單片集成。
PLC光無(wú)源器件技術(shù)的第五類(lèi)
第五種類(lèi)型為InP基單片集成（PIC），其中Infinera公司是全球PIC集成芯片代表,。InP基單片集成Key Innovation PIC是技術(shù)上的創(chuàng)新,，屬于有源光子的集成，具有空間小,、能耗低,、可靠性高的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字帶寬,，帶來(lái)部署和管理的靈活性,。
目前光子集成實(shí)現(xiàn)了傳送IP化，單蝕刻,，大規(guī)模InP光子集成,、每芯片100Gb/s WDM系統(tǒng)容量、一對(duì)PIC集成了62個(gè)分離Tx&Rx
Infinera InP基集成實(shí)現(xiàn)了光纖耦合次數(shù)減少30倍,，空間占用減少3倍,，并且功率消耗減少50%，相對(duì)而言,，優(yōu)勢(shì)明顯。
目前,，國(guó)內(nèi)光通信產(chǎn)業(yè)鏈在系統(tǒng)集成這一環(huán)節(jié)實(shí)力雄厚,，其中華為、中興,、峰火均已躍居世界前列,。但是不可否認(rèn)的是，我國(guó)在上游芯片這一塊的技術(shù)比較弱,，只有低端有源可以自產(chǎn),，高端芯片全部依賴(lài)進(jìn)口。國(guó)內(nèi)在模塊這一環(huán)節(jié)的實(shí)力算是比較強(qiáng),，以光迅昂納等為代表,，總體而方屬于經(jīng)組裝為主的封裝大國(guó)。眾所周知,，光通信產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)在于芯片,，只有掌握了高端芯片集成技術(shù)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈才得以很好的延伸下去,。
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