PLC平面光波導技術(shù)應用的現(xiàn)狀

        【訊石光通訊咨詢網(wǎng)】平面光波導PLC是英文Planar Lightwave Circuit的縮寫，是平面光波導技術(shù)。早在幾年前，平面光波導技術(shù)就能夠使光子在晶圓中傳輸，并已在WDM系統(tǒng)中廣泛應用，主要是陣列波導光柵（AWG）復用/解復用模塊。在訊石今年5月河南聯(lián)誼會上，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(xiàn)狀及展望》，針對PLC光無源器件的技術(shù)現(xiàn)狀作了闡述。

PLC技術(shù)應用之一

        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(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(shù)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(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：EB光刻密集納米線波導均勻性、EB寫場拼結(jié)問題(斷開或錯位) 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)，實現(xiàn)偏振無關(guān)，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技術(shù)應用之二

        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(shù)，分路數(shù)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(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)的工藝簡單、設(shè)備投資少，國外有法國的Teem Photonics公司和以色列ColorChip公司，國內(nèi)曾有報道浙江大學也掌握了該技術(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技術(shù)應用之三

        第三種類型為無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與熱光開關(guān)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(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(cè)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技術(shù)應用之四

        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技術(shù)應用之五

        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(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，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字帶寬，帶來部署和管理的靈活性。

        目前光子集成實現(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PIC集成了62個分離Tx&Rx

        Infinera InP基集成實現(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%，相對而言，優(yōu)勢明顯。

        目前，國內(nèi)光通信產(chǎn)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、烽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(shù)比較弱，只有低端有源可以自產(chǎn)，大部分低端及高端芯片都依賴進口。國內(nèi)在模塊這一環(huán)節(jié)的實力算是比較強，以光迅等為代表，總體而方屬于以組裝為主的封裝大國。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)，整個產(chǎn)業(yè)鏈才得以很好的延伸下去。