硅光子器件在電信及數據通信中的應用

  硅(Si)是一種在近紅外波段具有高折射率特性的材料。早在20世紀90年代，以硅為基礎的納米級波導就已經以一種新型的納米光子器件，即硅光子器件的形式出現。由于其具有尺寸小，成本低，功耗低和高速化等性能以及兼容CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)制造的特性，硅光子技術近年來取得了顯著進步。并且隨著當前電信和數據通信網絡中流量的爆炸性增長，硅光子器件因其低功耗、寬帶寬、高傳輸速度等優越性能而備受關注。

      事實上，隨著包括平面光波電路(PLC)，陣列波導光柵(AWG)，光纖放大器(OFA)，密集波分復用(DWDM)，可重構光分插復用(ROADM)和數字相干技術在內的多項關鍵技術的發展，基于III-V族材料的光電集成電路在20世紀80年代就已被提出，但其并未能迅速實現大規模應用。

      全光子器件集成工作是建立在硅光子學基礎之上的。近年來，硅光子學已廣泛用于電信和數據通信，包括數據中心和電信網絡中的緊湊型光學互連收發器和新型光子開關等。

圖1 光通信網絡的發展

  研究亮點

  日本筑波大學的Kiyoshi Asakawa教授等撰寫了綜述文章總結了硅光子學創新進展的歷史，為了方便包括科研機構、公司企業的科學家、工程師以及高校學生在內的廣大讀者理解，文章分為兩個部分，分別是硅光子平臺的基本特性簡介，及其在電信和數據通信兩類高級光子網絡中的應用，從而讓讀者更加廣泛詳細地了解硅光子學器件的卓越性能及其在先進光子網絡中的應用潛力。

       綜述還涉及針對高級光子信號處理網絡的硅光子學特殊應用，及其針對當前網絡需求(例如低功耗，寬帶寬和高傳輸速度)的解決方案。對希望挑戰相關問題并針對爆炸性增長的光子網絡流量提出實用解決方案的光子網絡工程師而言，該綜述將大有幫助。此外，論文不僅囊括了硅光子器件的特性和應用，還兼述了CMOS兼容的納米制造技術，以便為當前CMOS技術開辟新市場的納米電子CMOS工藝工程師提供參考。

圖2 50 Gb/s Si光子傳輸模塊。

(a)和(b)分別是波分復用傳輸器和接收器

  這篇綜述以“Silicon photonics for telecom and data-com applications”為題，發表在英文期刊Opto-Electronic Advances 2020年第10期。