基于平面光波导技术的高速混合集成器件课件

高速DWDM通信技术研究基于平面光波导技术的高速混合集成器件马卫东博士武汉邮电科学研究院·武汉光迅科技股份有限公司高速DWDM通信技术研究马卫东博士光迅科技-Aceelink.Ltd国内第一家上市的光电子器件企业全球排名第6的光电子器件企业提供从芯片，器件，模块到子系统的用于光通信的解决方案全球光器件市场份额(OVUM:2013.10)光迅科技-Aceelink.Ltd国内第一家上市的光电子器件市场概况光集成发展的驱动力PLC及其在光集成中的作用高速系统中的光集成光迅科技在光集成器件上的发展总结提纲市场概况提纲提纲市场概况光集成发展的驱动力PLC及其在光集成中的作用高速系统中的光集成光迅科技在光集成器件上的发展总结提纲市场概况MarketOverview100G光收发器市场分析Source:OVUMOvum的调查，从2013年，100G的光模块年增长率将保持62%以上MarketOverview100G光收发器市场分析Sou市场概况光集成发展的驱动力PLC及其在光集成中的作用高速系统中的光集成光迅科技在光集成器件上的发展总结提纲市场概况提纲FutureOpto-electronicComponents：SmallerSizeTRx集成相干接收机（ICR）窄线宽激光器（ITLA）FutureOpto-electronicComponeFutureOpto-electronicComponents:LowerCost100G产量不断提升100Gisnowcost-effectivecomparedwith10G…ThemajorityofBOMcomesfromOpto-Electronicfrontends…FutureOpto-electronicComponeFutureOpto-electronicComponents:LowerPowerThemajorityofpowerconsumptioncomesfromASICs…FutureOpto-electronicCompone平台

硅基二氧化硅（Planar

Lightwave

Circuit）InP基光子器件

硅基光子器件方式

混合集成/单片集成，选择合理的集成度实现低成本，高产量PhotonicIntegrationforTelecomandDatacom平台PhotonicIntegrationforTelThreematerialtechnologiesforphotonicsdevice成本低，批量化应用可靠性好和光纤容易耦合通过混合集成，容易实现高

性能器件易实现光电芯片单片集成能够实现发射到接收，所有芯片集成和CMOS工艺兼容可以实现光电单片集成NTT,Furukawa,Neo,kaiam,Accelink,Enablence,JDSUInfinera,Oclaro,OnechipIntel,IBM,Luxtera,Kotura,Teraxion波导耦合损耗大，应用受限不能做激光器，需要和InP激光器混合

集成实现发光成本高PLC技术成熟，成本较低，

在光通信器件中广泛使用Threematerialtechnologiesfo市场概况光集成发展的驱动力PLC及其在光集成中的作用高速系统中的光集成光迅科技在光集成器件上的成果总结提纲市场概况提纲WhatisPLC？SomeproductsareCheaper

Planarlightwavecircuit(PLC):指通过半导体工艺制作的波导器件MorestablethanfiberwaveguideSmallsizeinlargenumberchannelscomponentsPLC工艺流程：热氧化下包层PECVD芯层光刻波导刻蚀波导PECVD上包层WhatisPLC？SomeproductsareWhyisPLC？非常成熟的工艺，可靠高效的性能，较低的价格可以作为优异的集成平台，搭载其余的光子芯片持续不断提高的折射率差为PLC芯片小型化提供了可能与光纤高效的耦合效率持续不断减小的PLC尺寸及成本WhyisPLC？非常成熟的工艺，可靠高效的性能，较低的PLC-basedHybridIntegration搭载平台无源光互联电极连接PLC在混合集成中的中心地位OEIC电极连接光互联热沉及物理平台PLC-basedHybridIntegration搭载HybridIntegrationTechnologyMetalheater深硅刻蚀—更高的热效率，更低的功耗45°反射镜面优化的端面耦合及flipchip能力超高折射率差—芯片小型化HybridIntegrationTechnologyM市场概况光集成发展的驱动力PLC及其在光集成中的作用高速系统中的光集成光迅科技在光集成器件上的发展总结提纲市场概况提纲PhotonicsIntegration@100GCoherentsystemMUXDP-QSFPornQAMmodulatorLaserDP-QSFPornQAMmodulatorLaserDP-QSFPornQAMmodulatorLaserInPPLCICTDMUXROADMVOA+PBS+90degHybirdmixersPDPLCTIAVOA+PBS+90degHybirdmixersPDTIAVOA+PBS+90degHybirdmixersPDTIAICRPLCInPPLCPhotonicsIntegration@100GCPhotonicsIntegration@100GShortlink10X10Gor4X25GArrayMUXDMUXTIADML,SOAorEMLarrayInPPLCPLCPDarrayInPDriverarray单片集成混合集成1~40kmSMFPhotonicsIntegration@100GSSilica-LiNbO3

HybridIntegration①100Gbit/sDP-QPSKModulator②400Gbit/s2SC-DP-16QAMModulator耦合损耗~0.4dB回波损耗>50dB符合Telcordia-468可靠性标准NTT，OFC/NFOFC2013，OW1G.1Silica实现低损耗无源传输：Y-Splitter、PBSLiNbO3电光调制特性优异通过马赫-曾德尔结构实现相位和幅度调制Silica-LiNbO3HybridIntegratiNTT-Y.Hibino,ECOC2010SymposiumPLCplatform-basedintegrationtechnologies:IntegratedphotonicsandelectricdevicesonPLCplatformPLCplatformNext-generationPLCPlatform-basedHybridIntegrationNTT-Y.Hibino,ECOC2010Symp提纲市场概况光集成发展的驱动力高速系统中的光集成光集成器件中的PLC光迅科技在光集成器件上的发展总结提纲市场概况Hybridized64chWDM-PONtranceiverIntegratePDontoPLCHybridized64chWDM-PONtrancePLCbaseddiplexerandtriplexerLaserPLCchipDeepTrenchAu/SnsolderAuleadWaveguidePLCbaseddiplexerandtriplexPLCbasedDQPSKdemodulatorDQPSKdemodulator特征:PLC技术偏振相关频率偏移小快速响应时间功耗低应用：DPSK/DQPSK信号解调40-Gb/sDQPSK传输系统DQPSKchipPLCbasedDQPSKdemodulatorDQCoherentmixerchipCoherentmixermodule特征:纯无源光器件高相位精度应用:

相干检测DP-QPSK信号解调40G和100GDP-QPSK传输系统PLCbased90°CoherentMixer可实现±1°相位误差CoherentmixerchipCoherentmi15mm8mmAccelink,2012,1.5%-GeO2-SiO2,ICRGen-25mm20mmAccelink,2011,0.75%-GeO2-SiO2,ICRGen-1Furukawa12mm12mm2.5%-GeO2-SiO2,集成PBSPLCbased90°CoherentMixerchip尺寸折射率差5.5%-Δ在100Gbit/s相干传输中，通过掺杂提高PLC波导相对折射率差可以满足ICR-1、ICR-1.2，Micro-ICR低成本、小尺寸的要求4mm2mmFurukawa,OFC2014最小弯曲半径300μm,Micro-ICR5.5%-ZrO2-SiO2，0.02dB/cm2.5%-Δ1.5%-Δ0.75%-Δ折射率差越大，波导可弯曲半径越小，芯片尺寸越小15mm8mmAccelink,2012,1.5%-GeHybridintegratedproduct-Gen1ICR特征:集成偏振分束器平衡探测符合OIF标准蝶形封装输入光功率监控支持32Gbps波特率应用:100Gbit/s相干光传输系统DP-QPSK相干探测400Gbit/s2SC-DP-16QAM相

干光传输系统PhaseAngle(deg)=90.4350EVM(%)=9.3591PhaseAngle(deg)=90.1343EVM(%)=10.1838Y-Pol星座图X-I路眼图X-Q路眼图X-Pol星座图Hybridintegratedproduct-Gen1Hybridintegratedproduct-Gen2ICRApplications:

骨干网、城域网相干光通信100G4x5”TransponderFeatures:集成VOA/MPD功能符合OIF-DPC-RX-01.2标准尺寸大小：33×16×6.5mm相对Gen-1ICR，Gen-2尺寸减小50%Gen-1ICRGen-2ICRHybridintegratedproduct-Gen2PLCbasedproduct-VOAThermo-optictuningAttenuation,switching,changeofphaseThermallyinsulatingtrenches－HeatedwaveguidesareetchedfreeFeatures:尺寸小低功耗损耗、PDL小24通道VOA阵列芯片PLCbasedproduct-VOAThermo-opWavelengthSelectiveSwitchPLCROADMModuleVMUXWavelengthSelectiveSwitchPLCHybridized4×25GTOSA/ROSA4×25GROSAforCFP44×25GTOSAforCFP4混合集成4×25GCWDM芯片设计图Hybridized4×25GTOSA/ROSA4×25PECVD光刻刻蚀溅射解理研磨Technologies&EquipmentsProcessChipMaskComixerAWGAHigh-techCompanywithPLCDesginandProcessCapabilitiesO-RingPECVD光刻刻蚀溅射解理研磨Technologies&总结日益增长的带宽需求迫使光通信器件发展趋于统一：更小的器件尺寸，更低的功耗以及价格；InP波导成本居高不下，硅波导前景广阔，但是目前在光源和波导耦合上还具有挑战，大规模应用时间？PLC技术的低成本、高可靠性为高速通信器件的批量化生产提供了保障，再结合混合集成技术提高了器件集成度，实现高性能、小尺寸的需求。总结日益增长的带宽需求迫使光通信器件发展趋于统一：更小的器件Thankyou!Thankyou!高速DWDM通信技术研究基于平面光波导技术的高速混合集成器件马卫东博士武汉邮电科学研究院·武汉光迅科技股份有限公司高速DWDM通信技术研究马卫东博士光迅科技-Aceelink.Ltd国内第一家上市的光电子器件企业全球排名第6的光电子器件企业提供从芯片，器件，模块到子系统的用于光通信的解决方案全球光器件市场份额(OVUM:2013.10)光迅科技-Aceelink.Ltd国内第一家上市的光电子器件市场概况光集成发展的驱动力PLC及其在光集成中的作用高速系统中的光集成光迅科技在光集成器件上的发展总结提纲市场概况提纲提纲市场概况光集成发展的驱动力PLC及其在光集成中的作用高速系统中的光集成光迅科技在光集成器件上的发展总结提纲市场概况MarketOverview100G光收发器市场分析Source:OVUMOvum的调查，从2013年，100G的光模块年增长率将保持62%以上MarketOverview100G光收发器市场分析Sou市场概况光集成发展的驱动力PLC及其在光集成中的作用高速系统中的光集成光迅科技在光集成器件上的发展总结提纲市场概况提纲FutureOpto-electronicComponents：SmallerSizeTRx集成相干接收机（ICR）窄线宽激光器（ITLA）FutureOpto-electronicComponeFutureOpto-electronicComponents:LowerCost100G产量不断提升100Gisnowcost-effectivecomparedwith10G…ThemajorityofBOMcomesfromOpto-Electronicfrontends…FutureOpto-electronicComponeFutureOpto-electronicComponents:LowerPowerThemajorityofpowerconsumptioncomesfromASICs…FutureOpto-electronicCompone平台

硅基二氧化硅（Planar

Lightwave

Circuit）InP基光子器件

硅基光子器件方式

混合集成/单片集成，选择合理的集成度实现低成本，高产量PhotonicIntegrationforTelecomandDatacom平台PhotonicIntegrationforTelThreematerialtechnologiesforphotonicsdevice成本低，批量化应用可靠性好和光纤容易耦合通过混合集成，容易实现高

性能器件易实现光电芯片单片集成能够实现发射到接收，所有芯片集成和CMOS工艺兼容可以实现光电单片集成NTT,Furukawa,Neo,kaiam,Accelink,Enablence,JDSUInfinera,Oclaro,OnechipIntel,IBM,Luxtera,Kotura,Teraxion波导耦合损耗大，应用受限不能做激光器，需要和InP激光器混合

集成实现发光成本高PLC技术成熟，成本较低，

在光通信器件中广泛使用Threematerialtechnologiesfo市场概况光集成发展的驱动力PLC及其在光集成中的作用高速系统中的光集成光迅科技在光集成器件上的成果总结提纲市场概况提纲WhatisPLC？SomeproductsareCheaper

Planarlightwavecircuit(PLC):指通过半导体工艺制作的波导器件MorestablethanfiberwaveguideSmallsizeinlargenumberchannelscomponentsPLC工艺流程：热氧化下包层PECVD芯层光刻波导刻蚀波导PECVD上包层WhatisPLC？SomeproductsareWhyisPLC？非常成熟的工艺，可靠高效的性能，较低的价格可以作为优异的集成平台，搭载其余的光子芯片持续不断提高的折射率差为PLC芯片小型化提供了可能与光纤高效的耦合效率持续不断减小的PLC尺寸及成本WhyisPLC？非常成熟的工艺，可靠高效的性能，较低的PLC-basedHybridIntegration搭载平台无源光互联电极连接PLC在混合集成中的中心地位OEIC电极连接光互联热沉及物理平台PLC-basedHybridIntegration搭载HybridIntegrationTechnologyMetalheater深硅刻蚀—更高的热效率，更低的功耗45°反射镜面优化的端面耦合及flipchip能力超高折射率差—芯片小型化HybridIntegrationTechnologyM市场概况光集成发展的驱动力PLC及其在光集成中的作用高速系统中的光集成光迅科技在光集成器件上的发展总结提纲市场概况提纲PhotonicsIntegration@100GCoherentsystemMUXDP-QSFPornQAMmodulatorLaserDP-QSFPornQAMmodulatorLaserDP-QSFPornQAMmodulatorLaserInPPLCICTDMUXROADMVOA+PBS+90degHybirdmixersPDPLCTIAVOA+PBS+90degHybirdmixersPDTIAVOA+PBS+90degHybirdmixersPDTIAICRPLCInPPLCPhotonicsIntegration@100GCPhotonicsIntegration@100GShortlink10X10Gor4X25GArrayMUXDMUXTIADML,SOAorEMLarrayInPPLCPLCPDarrayInPDriverarray单片集成混合集成1~40kmSMFPhotonicsIntegration@100GSSilica-LiNbO3

HybridIntegration①100Gbit/sDP-QPSKModulator②400Gbit/s2SC-DP-16QAMModulator耦合损耗~0.4dB回波损耗>50dB符合Telcordia-468可靠性标准NTT，OFC/NFOFC2013，OW1G.1Silica实现低损耗无源传输：Y-Splitter、PBSLiNbO3电光调制特性优异通过马赫-曾德尔结构实现相位和幅度调制Silica-LiNbO3HybridIntegratiNTT-Y.Hibino,ECOC2010SymposiumPLCplatform-basedintegrationtechnologies:IntegratedphotonicsandelectricdevicesonPLCplatformPLCplatformNext-generationPLCPlatform-basedHybridIntegrationNTT-Y.Hibino,ECOC2010Symp提纲市场概况光集成发展的驱动力高速系统中的光集成光集成器件中的PLC光迅科技在光集成器件上的发展总结提纲市场概况Hybridized64chWDM-PONtranceiverIntegratePDontoPLCHybridized64chWDM-PONtrancePLCbaseddiplexerandtriplexerLaserPLCchipDeepTrenchAu/SnsolderAuleadWaveguidePLCbaseddiplexerandtriplexPLCbasedDQPSKdemodulatorDQPSKdemodulator特征:PLC技术偏振相关频率偏移小快速响应时间功耗低应用：DPSK/DQPSK信号解调40-Gb/sDQPSK传输系统DQPSKchipPLCbasedDQPSKdemodulatorDQCoherentmixerchipCoherentmixermodule特征:纯无源光器件高相位精度应用:

相干检测DP-QPSK信号解调40G和100GDP-QPSK传输系统PLCbased90°CoherentMixer可实现±1°相位误差CoherentmixerchipCoherentmi15mm8mmAccelink,2012,1.5%-GeO2-SiO2,ICRGen-25mm20mmAccelink,2011,0.75%-GeO2-SiO2,ICRGen-1Furukawa12mm12mm2.5%-GeO2-SiO2,集成PBSPLCbased90°CoherentMixerchip尺寸折射率差5.5%-Δ在100Gbit/s相干传输中，通过掺杂提高PLC波导相对折射率差可以满足ICR-1、ICR-1.2，Micro-ICR低成本、小尺寸的要求4mm2mmFurukawa,OFC2014最小弯曲半径300μm,Micro-ICR5.5%-ZrO2-SiO2，0.02dB/cm2.5%-Δ1.5%-Δ0.75%-Δ折射率差越大，波导可弯曲半径越小，芯片尺寸越小15mm8mmAccelink,2012,1.5%-GeHybridintegratedproduct-Gen1ICR特征:集成偏振分束器平衡探测符合OIF标准蝶形封装输入光功率监控支持32Gbps波特率应用:100Gbit/s相干光传输系统DP-QPSK相干探测400Gbit/s2SC-DP-16QAM相

干光传输系统PhaseAngle(deg)=90.4350EVM(%)=9