光通信领域的硅光技术
来源：未知作者：admin 日期：2021/09/04 10:33 浏览：
硅光技术近年来的高速发展已给诸多行业带来了重大的技术性革新，尤其是在光通信领域。在数字化时代汇聚海量数据的今天，硅光技术所集成光模块相较于分立式的传统光模块更能迎合当下网络传输高速率、低成本的性能要求。因此本次主要对光通信领域中硅光技术进行介绍，并阐述了该技术的优势、发展阶段、应用市场以及产业链中主要厂商布局情况。希望阅读的朋友能通过本次的分享对光传输中前沿的硅光方案拥有初步的认识，也盼望硅光技术的应用助力网络信息传输进一步提速。
01 硅光技术介绍及优势
众所周知，为了让网络传输更快捷、承载信息量更多，光纤宽带替代了传统宽带，以光脉冲的形式来传输信号极大地提升了传输速度。但目前的光网络仅实现了节点间的全光化，在网络节点处仍采用电器件，因此需要频繁地进行光电转换，如下图所示。而光电转化则少不了光模块的辅助。
(资料来源：电子说)
光模块中主要涉及到的芯片为光芯片和电芯片。光芯片是光模块中主要负责光电信号互相转换的芯片，又分为探测器芯片和激光器芯片。而电芯片则主要实现对光芯片工作的配套支撑、电信号的功率调节以及复杂的DSP(数字信号处理)。在速率越高的光模块中，光芯片的成本相比电芯片占比更高，甚至可达光模块成本60%-70%。考虑到除了高速率模块中光芯片成本越高的问题外，原有以三五族半导体激光芯片即磷化铟(InP)和砷化镓(GaAs)等稀有金属材质制成的光芯片也制约了光通信线路的容量，因此以硅为材料制作器件的硅光技术应运而生。
与传统光模块相比，硅光技术是基于硅和硅基底衬材料，将信息吞吐所需的各种光子、电子、光电子器件，包含光源、探测器、光波导、调制器等全部都集成在硅光芯片上，从而满足光模块低能耗低成本、高性能小体积的市场需求，其具体优势如下：
(1)能耗少，成本低。不仅硅作为世界上储量第二的材料成本相对低廉，同时具备硅基材料高折射率、高光学限制能力的天然优势，可将光波导弯曲半径缩减至5微米以下，即阵列波导光栅(AWG)弯曲半径在硅光平台下为二氧化硅平台下的千分之一，其更高的集成密度带来了芯片尺寸的大幅缩减，因此硅光芯片在传统高速率模块中电芯片面积已达物理极限下更具有低成本、低功耗、小型化等独特优势。
(2)集成强，整合易。硅光技术利用大规模半导体制造工艺可在极小绝缘体薄膜硅片上实现光电子技术和微电子技术的高效整合，尤其是在数据中心等对尺寸敏感的领域将拥有更为广阔的应用空间。
(3)带宽大，速度快。硅光技术利用光通路取代芯片间的数据电路，在实现大容量光互连的同时也保持着低能耗和低散热，高效地解决网络拥堵和延迟等问题。同时用激光束代替电子信号传输数据更是实现了数据高速率的传输。
2015年Intel首次验证硅光器件性能已超越同类传统光电子器件;到2019年硅光器件较传统光电子器件每秒峰值速度已提速8倍，能耗及成本方面则分别降低85%及84%;根据Intel的硅光子产业发展规划，到2022年硅光器件每秒峰值速度或将较传统光电子器件提速64倍，能耗及成本方面降低98%。
