光通信系統技術趨勢之一——初露鋒芒的硅光子技術
自1958年集成電路問世之后,基于硅材料的CMOS集成電路已經在計算、通信、生物醫療、數字娛樂、智能家居等各行業發揮著不可或缺的作用,是現代社會的信息化“大腦”。而以光為信息載體的光纖通信網絡也承載了全球通信數據容量的的90%以上,成為信息社會的“主動脈”。如今,硅光子學開始走進光纖通信行業,正在影響光纖通信產業的走向,改變信息技術的未來。
硅光子技術,即利用CMOS微電子工藝實現光子器件的集成制備,該技術結合了CMOS技術的超大規模邏輯、超高精度制造的特性和光子技術超高速率、超低功耗的優勢。硅材料不僅是集成電路最普及的材料平臺,還具備優異的光學性能。硅波導對波長1.1~1.6um的光近乎無損透明,可較為理想地兼容光通信現有技術與器件,為厘米至千公里級的光通信提供了高集成度的解決方案。業界認為硅光子是當今ASIC中***發展前途的技術領域,是一種能夠解決長技術演進與成本矛盾的顛覆性技術。
近十年來,基于硅光平臺的光調制器、光探測器、光開關和異質激光器被相繼被驗證,部分器件性能甚至超越傳統III-V和PLC平臺,為大規模光子集成奠定了基礎。隨后,在業界多家微電子與光通信知名企業的共同推動下,硅基光互連、光傳輸、光交換的商用化器件與方案被相繼推出。近期已有多家企業針對數據中心需求推出了100G QSFP硅基有源帶纜產品,100G/400G硅基相干光收發模塊的量產也已實現。主流光通信設備商均視硅光技術為光通信戰略發展方向并進行了研究和布局。
事實上,硅光的顛覆性不僅限于光通信領域,Intel最近宣稱在新一代至強處理器中已集成了硅光子互聯接口,實現了CPU吞吐率和能效的大幅提升。硅光子技術的魅力在于其開啟了集成電路與集成光路的融合協作之門,將極大地拓展光電技術的應用場景與范圍,使信息化滲透并改變人類生活。也許,未來有電芯片的地方就有光通信,硅光使命尚未完成,硅光的傳奇還將延續。