PLC光無源器件技術的現狀
來源：iccsz
摘要： 平面光波導PLC是英文Planar Lightwave Circuit的縮寫,，是平面光波導技術,。早在幾年前,，平面光波導技術就能夠使光子在晶圓中傳輸，并已在WDM系統(tǒng)中廣泛應用,，主要是陣列波導光柵（AWG）復用/解復用模塊,。
Abstract：
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平面光波導PLC是英文Planar Lightwave Circuit的縮寫，是平面光波導技術,。早在幾年前,，平面光波導技術就能夠使光子在晶圓中傳輸，并已在WDM系統(tǒng)中廣泛應用,，主要是陣列波導光柵（AWG）復用/解復用模塊,。近日，河南仕佳光子科技有限公司安俊明博士發(fā)表了《PLC光無源器件的現狀及展望》,，針對PLC光無源器件的技術現狀作了闡述,。
PLC光無源器件技術的第一類
第一類是波分復用器-平面光波導器件，其中又分為刻蝕衍射光柵EDG,、微環(huán)諧振器解復用器,、陣列波導光柵AWG和光子晶體解復用器這幾大類。
安博士還介紹了AWG的工作原理,，其中AWG芯片是主干網,、數據中心、光互連的關鍵芯片,。不同材料系的AWG性能參數也不同,，其中二氧化硅波導的折射率差為0.75%，波導尺寸為6 mm′6mm,，彎曲半徑為5mm,，40通道芯片尺寸為45mm′20mm，最大的優(yōu)點是,，單獨使用的損耗低,；SOI波導的折射率差為40%，波導尺寸為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,，但是價格貴,。
硅基二氧化硅AWG需要克服三大難點：均勻的材料生長、相位控制以減少串擾及退火應力補償,，其最大通道數高達512通道,。
Si納米線波導AWG的波導尺寸在300nm-500nm，Ghent大學制備出了8通道,、400GHz硅納米線AWG,，尺寸僅為200mm′350mm，器件插損僅-1.1dB,，串擾為-25dB,。
硅納米線AWG關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：EB光刻密集納米線波導均勻性,、EB寫場拼結問題(斷開或錯位) 及EB光刻,、ICP刻蝕側壁光滑性。
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,。深脊型波導寬度為2.55 mm,，刻蝕深度為4.5 mm。NTT采用深脊型結構,，實現偏振無關,，其尺寸為3.6mm′7.0mm；輸入/輸出波導展寬為4 mm,；輸出波導間隔為25 mm,；陣列波導彎曲半徑為500 mm；輸入/輸出波導彎曲半徑為250 mm,；插損在14.4-16.4dB間,，串擾小于-20dB。
PLC光無源器件技術的第二類
第二類為PLC光分路器,，屬于光纖到戶的核心光子器件,。PLC平面波導型光分路器采用高度集成的制備技術,，分路數最多達128路，采用光刻,、生長和干法刻蝕工藝,，在石英襯底上形成掩埋光波導，實現光功率分配,，是光分路器生產的最佳技術,。目前掌握這種技術的公司，國外有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,，該技術的工藝簡單、設備投資少,，國外有法國的Teem Photonics公司和以色列ColorChip公司,，國內曾有報道浙江大學也掌握了該技術。
目前,，PLC光分路器晶圓制備工藝流程分6大步驟共19個工序,。依次為：芯區(qū)生長－退火、生長硬掩膜,、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,、生長上包層、退火（重復多次）,。
PLC光無源器件技術的第三類
第三種類型為無源與有源功能器件混合集成,，有AWG與可調諧衰減器（VOA）集成,、AWG與熱光開關集成的光上下路器（OADM）這兩種集成方式。
二氧化硅平臺混合集成有LD倒裝和PD側面貼裝兩種方式,。而封裝模塊-片上倒裝結構屬于SOI平臺混合集成,，有LD倒裝和PD表面貼裝兩道工序，比二氧化硅平臺少一個工序,。
混合集成工藝-LD倒裝焊采用兩側臺階標記的方式,，SOI平臺混合集成LD倒裝
混合集成工藝-PD表面貼裝,，采用面探測器,，NTT以前用波導型探測器。相比較兩種探測器,，面探測器對準容差大,，簡化了工藝。
PLC光無源器件技術的第四類
第四種類型為SOI納米線AWG與Ge探測器單片集成,，屬于硅基器件混合,、單片集成。
PLC光無源器件技術的第五類
第五種類型為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,，能夠實現數字帶寬,，帶來部署和管理的靈活性。
目前光子集成實現了傳送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PIC集成了62個分離Tx&Rx
Infinera InP基集成實現了光纖耦合次數減少30倍,，空間占用減少3倍，并且功率消耗減少50%,，相對而言,，優(yōu)勢明顯。
目前,，國內光通信產業(yè)鏈在系統(tǒng)集成這一環(huán)節(jié)實力雄厚,，其中華為、中興,、峰火均已躍居世界前列,。但是不可否認的是,，我國在上游芯片這一塊的技術比較弱，只有低端有源可以自產,，高端芯片全部依賴進口,。國內在模塊這一環(huán)節(jié)的實力算是比較強，以光迅昂納等為代表,，總體而方屬于經組裝為主的封裝大國,。眾所周知，光通信產業(yè)鏈的基礎在于芯片,，只有掌握了高端芯片集成技術,，整個產業(yè)鏈才得以很好的延伸下去。
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