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光子集成集成电路威尼斯网上手机官网,亚洲化学家在硅光子晶片上取得新进展

2020-03-21 19:03栏目:帮助中心
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[据化合物半导体网站2015年10月28日报道] 欧盟节能硅发射器使用III-V族半导体量子点和量子点材料的异质集成项目报道称在硅光子集成电路上取得新进展。

在美国硅谷实验室中,Infinera研发的创始人DavidWelch,手持着一个2厘米宽的金色的长方体,这就是用磷化铟等材料制成的半导体光子集成芯片。在这个外表看似简单的芯片中,集成了大量的复杂的光电器件,使得光通信从此进入了一个更低成本更高容量的新时代。光子集成技术是光纤通信最前沿、最有前途的领域。自1990年以来,密集波分复用系统(DWDM)的大规模应用,使得光通信有了飞速发展。DWDM系统中,多达80个不同波长的激光器调制的数据信号在光纤的一端复用,而后在一根细如发丝的光纤中传送。在光纤的另一端,光信号被解复用为不同波长,不同波长的数据信号通过光电转换最终进入到计算机。在信息传输的过程中,激光器进行发光,光复用器对信号进行复用/解复用,调制器对信号进行编码调制,检测器进行光电检测等等。在传统DWDM系统中,这些器件都分离在不同的板卡中,整个系统庞大而又昂贵。“没有人想过要将DWDM系统做在一个芯片上,也没有人试着这么做过”,Infinera将不可能的事情变成可能。2004年,大规模光子集成芯片——一对集成了50个光子器件的芯片呈现在人们的面前。此前,一些光芯片厂商只是做了一些少量器件的集成,现在,光子集成技术还成功地作出了400G和1.6T的芯片,实现了多达240个光器件的集成。当人们还在固守着“全光通信”的思路的时候,网络已在悄然改变。节点设备需要光电变换,通过“O-E-O”才能将信号进行整形和放大,从而传给计算机。光子集成技术顺应了时代发展,光子集成比传统的分立“O-E-O”处理降低了成本和复杂性,带来的好处是,以更低的成本构建一个具有更多节点的全新的网络结构,更多的节点意味着更灵活的接入,更有效的维护和故障处理。光子集成芯片制造并不是一件容易的事情。光子器件具有三维结构,比二维结构的半导体集成要复杂得多。将激光器、检测器、调制器和其他器件都集成到芯片中,这些集成需要在不同材料多个薄膜介质层上重复地沉积和蚀刻,这些材料包括砷化铟镓、磷化铟等。磷化铟晶片在生产线上经过一种称为光刻胶的浆状化学物质进行包裹。紫外线光通过一个镂空设计的模板照射到光刻胶上,产生了复杂的反应,其中一些半导体材料就粘在了晶片上,一些就被蚀刻掉了。就像Intel使用光刻法制造PC机的硅微处理器一样,光子集成达到了一个很高的技术水平。但是还有些重要的不同,“在Intel芯片中,全部都是硅材料。在光子领域中,还需要很多种的半导体材料”,Welch说。磷化铟晶片比硅片需要更多次的沉淀和蚀刻。由于互联网语音和视频业务的不断增长,传统的1M~6M的互联网接入带宽变得不足,“我们正在考虑人们会需要25M、50M或者100M的带宽。Welch说。为了满足这样的需求,互联网公司还要在已经很拥挤的站点中继续增加更多的设备。“随着互联网流量每年60%到100%的增长,不可能再继续增加这些庞大的子架了”,Welch说。“光子集成技术将会成为满足互联网持续增长的重要因素”。

该项目由III-V族实验室领导,该实验室在InP基光子学和硅基III-V族混合集成方面有精湛的专业知识。另外两个德合作伙伴是总部位于多特蒙德的innolume公司和卡塞尔大学内,这两个单位在材料和III-V光电研究方面都创纪录成果。其他合作伙伴有法国电子与信息技术实验室;丹麦技术大学光子工程学院;法国雷恩大学福田实验室。

威尼斯网上手机官网,两种PIC最终示范产品也设计完成,分别是直接调制比特率达25Gbps的线性调频激光器和与级联环谐振器调节器集成为一体的光梳子雷射。这些PIC使用16波分复用信道便可提供400Gbps的总容量,以更低的成本提供更好的性能,并通过采用新材料和新集成工艺增强器件性能。

通过使用硅衬底纳米结构异质集成材料,光学滤波器可以直接与异质量子点/量子簇/硅激光器集成制备出线性调频激光器。与直接调制激光器相比,该激光器有一个增强的调制带宽和消光比。作为该技术的一个例子,目的是开发一个总容量400Gbps发射机。

从2013开始,SEQUOIA项目一直在开发具有较好的热稳定性、高调制带宽以及可能产生平面波分复用蜂窝的混合III-V激光器。

在该项目的第一个阶段,量子点/量子簇材料质量有了明显的提高,卡塞尔大学最近展示了直接调制比特率达34Gbps的量子点激光器,创造了新记录。同时,量子点晶片成功地结合到硅晶片上。

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