PLC光無源器件技�(shù)的現(xiàn)狀分析
平面光波�(dǎo)PLC是英文Planar Lightwave Circuit的縮�，是平面光波�(dǎo)技�(shù)。早在幾年前，平面光波導(dǎo)技�(shù)就能夠使光子在晶圓中傳輸，并已在WDM系統(tǒng)中廣泛應(yīng)�，主要是陣列波導(dǎo)光柵(AWG)�(fù)�/解復(fù)用模�。近日，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�(xiàn)狀及展望�，針對PLC光無源器件的技�(shù)�(xiàn)狀作了闡述�
PLC光無源器件技�(shù)的第一�
第一類是波分�(fù)用器-平面光波�(dǎo)器件，其中又分為刻蝕衍射光柵EDG、微�(huán)諧振器解�(fù)用器、陣列波�(dǎo)光柵AWG和光子晶體解�(fù)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)�(jù)中心、光互連的�(guān)鍵芯�。不同材料系的AWG性能參數(shù)也不同，其中二氧化硅波導(dǎo)的折射率差為0.75%，波�(dǎo)尺寸�6 mm�6mm，彎曲半徑為5mm�40通道芯片尺寸�45mm�20mm，最大的�(yōu)�(diǎn)是，單獨(dú)使用的損耗低;SOI波導(dǎo)的折射率差為40%，波�(dǎo)尺寸�500nm�200nm，彎曲半徑為5mm;16通道芯片尺寸�580mm�170mm，屬于集成使用，亞微米加�，因此耦合難度�;InGaAsP/InP波導(dǎo)的尺寸為2.5 m m�0.5mm，彎曲半徑為500mm，屬于集成使�，損耗稍�，但是價(jià)格貴�
硅基二氧化硅AWG需要克服三大難�(diǎn)：均勻的材料生長、相位控制以減少�?dāng)_及退火應(yīng)力補(bǔ)�，其最大通道�(shù)高達(dá)512通道�
Si納米線波�(dǎo)AWG的波�(dǎo)尺寸�300nm-500nm，Ghent大學(xué)制備出了8通道�400GHz硅納米線AWG，尺寸僅�200mm�350mm，器件插損僅-1.1dB，串?dāng)_�-25dB�
硅納米線AWG�(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�(diǎn)：EB光刻密集納米線波�(dǎo)均勻�、EB寫場拼結(jié)問題(斷開或錯(cuò)�) 及EB光刻、ICP刻蝕�(cè)壁光滑��
64通道�50GHz InP AWG的禁帶為1.05 mm，GaInAsP�0.5 mm�，上面覆�1.5 mm厚的InP。深脊型波導(dǎo)寬度�2.55 mm，刻蝕深度為4.5 mm。NTT采用深脊型結(jié)�(gòu)，實(shí)�(xiàn)偏振無關(guān)，其尺寸�3.6mm�7.0mm;輸入/輸出波導(dǎo)展寬�4 mm;輸出波導(dǎo)間隔�25 mm;陣列波導(dǎo)彎曲半徑�500 mm;輸入/輸出波導(dǎo)彎曲半徑�250 mm;插損�14.4-16.4dB�，串?dāng)_小于-20dB�
PLC光無源器件技�(shù)的第二類
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(dǎo)型光分路器采用高度集成的制備技�(shù)，分路數(shù)最多達(dá)128�，采用光�、生長和干法刻蝕工藝，在石英襯底上形成掩埋光波導(dǎo)，實(shí)�(xiàn)光功率分配，是光分路器生�(chǎn)的最佳技�(shù)。目前掌握這種技�(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�(shù)，該技�(shù)的工藝簡�、設(shè)備投資少，國外有法國的Teem Photonics公司和以色列ColorChip公司，國�(nèi)曾有�(bào)道浙江大�(xué)也掌握了該技�(shù)�
目前，PLC光分路器晶圓制備工藝流程�6大步驟共19�(gè)工序。依次為：芯區(qū)生長-退�、生長硬掩膜、光�(涂膠、前�、曝光、顯�、后�)、刻蝕硬掩膜、去光刻膠、刻蝕芯區(qū)、去硬掩�、清洗、生長上包層、退�(重復(fù)多次)�
PLC光無源器件技�(shù)的第三類
第三種類型為無源與有源功能器件混合集�，有AWG與可�(diào)諧衰減器(VOA)集成、AWG與熱光開�(guān)集成的光上下路器(OADM)這兩種集成方��
二氧化硅平臺(tái)混合集成有LD倒裝和PD�(cè)面貼裝兩種方式。而封裝模�-片上倒裝�(jié)�(gòu)屬于SOI平臺(tái)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(tái)少一�(gè)工序�
混合集成工藝-LD倒裝焊采用兩�(cè)�(tái)階標(biāo)記的方式，SOI平臺(tái)混合集成LD倒裝
混合集成工藝-PD表面貼裝，采用面探測�，NTT以前用波�(dǎo)型探測器。相比較兩種探測�，面探測器對�(zhǔn)容差�，簡化了工藝�
PLC光無源器件技�(shù)的第四類
第四種類型為SOI納米線AWG與Ge探測器單片集�，屬于硅基器件混�、單片集��
PLC光無源器件技�(shù)的第五類
第五種類型為InP基單片集�(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�(shù)上的�(chuàng)�，屬于有源光子的集成，具有空間小、能耗低、可靠性高的特�(diǎn)，能�?qū)崿F(xiàn)�(shù)字帶寬，帶來部署和管理的靈活��
目前光子集成�(shí)�(xiàn)了傳送IP�，單蝕刻，大�(guī)模InP光子集成、每芯片100Gb/s WDM系統(tǒng)容量、一對PIC集成�62�(gè)分離Tx&Rx
Infinera InP基集成實(shí)�(xiàn)了光纖耦合次數(shù)減少30�，空間占用減�3倍，并且功率消耗減�50%，相對而言，優(yōu)勢明顯�
目前，國�(nèi)光通信�(chǎn)�(yè)鏈在系統(tǒng)集成這一�(huán)節(jié)�(shí)力雄�，其中華�、中�、峰火均已躍居世界前�。但是不可否�(rèn)的是，我國在上游芯片這一塊的技�(shù)比較弱，只有低端有源可以自產(chǎn)，高端芯片全部依賴�(jìn)�。國�(nèi)在模塊這一�(huán)節(jié)的實(shí)力算是比較強(qiáng)，以光迅昂納等為代表，總體而方屬于�(jīng)組裝為主的封裝大國。眾所周知，光通信�(chǎn)�(yè)鏈的基礎(chǔ)在于芯片，只有掌握了高端芯片集成技�(shù)，整�(gè)�(chǎn)�(yè)鏈才得以很好的延伸下去�