光通信領域的硅光技術
來源:未知作者:admin 日期:2021/09/04 10:33 瀏覽:
硅光技術近年來的高速發展已給諸多行業帶來了重大的技術性革新,尤其是在光通信領域。在數字化時代匯聚海量數據的今天,硅光技術所集成光模塊相較于分立式的傳統光模塊更能迎合當下網絡傳輸高速率、低成本的性能要求。因此本次主要對光通信領域中硅光技術進行介紹,并闡述了該技術的優勢、發展階段、應用市場以及產業鏈中主要廠商布局情況。希望閱讀的朋友能通過本次的分享對光傳輸中前沿的硅光方案擁有初步的認識,也盼望硅光技術的應用助力網絡信息傳輸進一步提速。
01 硅光技術介紹及優勢
眾所周知,為了讓網絡傳輸更快捷、承載信息量更多,光纖寬帶替代了傳統寬帶,以光脈沖的形式來傳輸信號極大地提升了傳輸速度。但目前的光網絡僅實現了節點間的全光化,在網絡節點處仍采用電器件,因此需要頻繁地進行光電轉換,如下圖所示。而光電轉化則少不了光模塊的輔助。
(資料來源:電子說)
光模塊中主要涉及到的芯片為光芯片和電芯片。光芯片是光模塊中主要負責光電信號互相轉換的芯片,又分為探測器芯片和激光器芯片。而電芯片則主要實現對光芯片工作的配套支撐、電信號的功率調節以及復雜的DSP(數字信號處理)。在速率越高的光模塊中,光芯片的成本相比電芯片占比更高,甚至可達光模塊成本60%-70%??紤]到除了高速率模塊中光芯片成本越高的問題外,原有以三五族半導體激光芯片即磷化銦(InP)和砷化鎵(GaAs)等稀有金屬材質制成的光芯片也制約了光通信線路的容量,因此以硅為材料制作器件的硅光技術應運而生。
與傳統光模塊相比,硅光技術是基于硅和硅基底襯材料,將信息吞吐所需的各種光子、電子、光電子器件,包含光源、探測器、光波導、調制器等全部都集成在硅光芯片上,從而滿足光模塊低能耗低成本、高性能小體積的市場需求,其具體優勢如下:
(1)能耗少,成本低。不僅硅作為世界上儲量第二的材料成本相對低廉,同時具備硅基材料高折射率、高光學限制能力的天然優勢,可將光波導彎曲半徑縮減至5微米以下,即陣列波導光柵(AWG)彎曲半徑在硅光平臺下為二氧化硅平臺下的千分之一,其更高的集成密度帶來了芯片尺寸的大幅縮減,因此硅光芯片在傳統高速率模塊中電芯片面積已達物理極限下更具有低成本、低功耗、小型化等獨特優勢。
(2)集成強,整合易。硅光技術利用大規模半導體制造工藝可在極小絕緣體薄膜硅片上實現光電子技術和微電子技術的高效整合,尤其是在數據中心等對尺寸敏感的領域將擁有更為廣闊的應用空間。
(3)帶寬大,速度快。硅光技術利用光通路取代芯片間的數據電路,在實現大容量光互連的同時也保持著低能耗和低散熱,高效地解決網絡擁堵和延遲等問題。同時用激光束代替電子信號傳輸數據更是實現了數據高速率的傳輸。
2015年Intel首次驗證硅光器件性能已超越同類傳統光電子器件;到2019年硅光器件較傳統光電子器件每秒峰值速度已提速8倍,能耗及成本方面則分別降低85%及84%;根據Intel的硅光子產業發展規劃,到2022年硅光器件每秒峰值速度或將較傳統光電子器件提速64倍,能耗及成本方面降低98%。