行业领域

高端装备制造产业

需求背景

随着大数据、人工智能、云计算等业务的蓬勃兴起，现代社会对数据流量和通信带宽的要求越来越高。硅基光电子器件具有高带宽、高集成度、CMOS工艺兼容等突出优势，尤其是面向数据中心应用的光模块以及面向芯片级互连应用的硅基光学I/O芯片。然而由于硅基光波导的双折射效应，硅基光电子芯片天然对偏振态变化较为敏感，这使得偏振控制无可避免。此外，由于硅基马赫-曾德电光调制器尺寸较大，硅基光发射芯片较难实现高的带宽密度，而采用微环调制器又会面临温度控制、工艺偏差等带来的巨大挑战。本指南旨在通过采用二维超光栅耦合结构和慢光波导相移器实现偏振无关和超高带宽电光调制，显著降低器件尺寸、消除偏振控制和节省光封装成本。器件特有的完全垂直光耦合接口可适用于多芯光纤耦合封装，从而实现二维通道阵列化，显著提升集成密度，满足未来Tb/s芯片级光学I/O的应用需求。

需解决的主要技术难题

通过采用二维超光栅耦合结构和慢光波导相移器实现偏振无关和超高带宽电光调制，显著降低器件尺寸、消除偏振控制和节省光封装成本。

期望实现的主要技术目标

1.   光模斑转换器长度<20µm，插入损耗<0.1dB。

2. 二维超光栅尺寸<8×8µm2，光栅单端耦合损耗<2dB，偏振相关损耗<0.2 dB，1-dB带宽>40nm。

3. 单个调制器插入损耗小于10dB，偏振相关损耗<0.5dB，电光带宽>100GHz，器件工作速率最高可达180Gb/s OOK和256Gb/s PAM4。

4. 光发射机通道数为7，背靠背最高可支持1.79Tb/s 数据传输，2Km最高可支持1.6Tb/s数据传输，10Km最高可支持1.4Tb/s数据传输。

多芯光纤光封装额外插损小于1dB，射频电学封装后调制器带宽超过60GHz，可实现100Gbaud OOK传输。

处理进度