「吃雞、打農藥」不卡，這個晶元很關鍵

「光纖」，這是一個大家非常熟悉的名詞。1966年，物理學家高錕在世界上首次提出光纖理論。從此，「光纖」這個詞被無數光通信的研究者們所追逐。而高錕也被譽為"世界光纖之父"，並因此獲得了2009年諾貝爾物理學獎。如今，光纖已經逐步走進了千家萬戶。隨著高清視頻、網路會議、移動通信等對網路下載速率和網路容量的要求越來越高，高速大容量光網路已經成為發展的必然趨勢。

光分路器晶元和陣列波導光柵（AWG）晶元，這兩位就是高速大容量光網路的核心晶元。

光分路器晶元，也就是分配光信號的晶元。它能實現真正意義的光纖到戶，極大程度節約光纖到戶成本。假如一個小區一棟樓共32戶，光信號從機房通過光纜到小區單元樓下之後，如果不採用光分路器，就需要每家每戶都鋪設光纜，將耗費大量的人力、物力、財力等資源。而採用分路器晶元，只需一個很小的光分路器晶元，將光信號分成等分的32路信號，每路信號對應一戶，這樣就能避免鋪設複雜的光纜，降低了光纖到戶成本，加速了光纖到戶發展進程。

AWG 晶元，就是能讓一根光纖傳輸很多個不同波長的信號的晶元，主要應用在骨幹網和城域網。現有的主幹網路主要採用96通道（即單根光纖內傳輸96個波長），假設單個通道的波長速率為100 Gb/s，可實現96×100 Gb/s高速大容量光網路。

2013年之前，我國的晶元全部依賴進口，受日、韓、歐美等發達國家壟斷。經過十幾年的研究攻關，中科院半導體所突破了關鍵技術、產業化平台建設及規模化生產一系列難題，形成了擁有自主知識產權的光分路器和陣列波導光柵晶元，徹底打破了國際壟斷。而半導體所研究員安俊明也因「光網路用光分路器晶元及陣列波導光柵晶元關鍵技術及產業化」項目榮獲2017年度國家科學技術進步二等獎。

圖1 安俊明研究員與團隊分析問題

光分路器和 AWG 晶元是由幾百條複雜波導結構（非常的細，每根波導的寬度6微米，僅為頭髮絲1/15）的光波導組成，其晶元設計和製備一直是技術的難點。

半導體所自主研製平面光波迴路（PLC）光分路器晶元，由多個 Y 分支級聯而成。研究團隊設計了新型的 Y 分支結構，有效改善了 PLC 光分路器的損耗和損耗均勻性，在國際同類晶元的性能相比中均有優異表現。同時，單個石英片上晶元個數與國外公司相比平均提高了22%，處於國際領先水平。

目前，研發團隊已經開發了20多種結構的 PLC 光分路器，用於不同的光纖到戶接入場景，讓老百姓家裡的上網速度「嗖」一下，從每秒幾兆比特提高到了百兆比特，極大提高了接入網信號速度。

圖2 光分路器晶圓

圖3 AWG 晶圓

如果說光分路器是服務於光網路中傳輸神經末梢晶元，那麼 AWG 晶元就是服務於光網路的神經主幹的關鍵晶元。半導體所研製的 AWG 晶元，採用新型輸出羅蘭圓結構，解決了邊緣通道模場變形問題，改善了損耗，使損耗均勻性小於0.83 dB，遠遠優於行業標準的1.0 dB，保證了骨幹網傳輸信號的穩定性。

此外，半導體所還率先在我國建成了國際上領先的光分路器晶元及 AWG 晶元產業化加工平台。

圖4陡直平滑的刻蝕 SEM 圖：(a)石英基光分路器晶元刻蝕 SEM （b）硅基陣列波導光柵晶元刻蝕 SEM

在半導體所研製成果的支持下，河南仕佳光子成為了國際上規模最大的光分路器及 AWG 晶元製造企業，為我國近百家光分路器封裝企業批量提供晶元，在我國三大運營商及國外 FTTH 寬頻建設中得到廣泛使用，替代了國外進口產品，光分路器晶元佔全球市場份額50％以上。也就是說，現在你能如此順暢地上網刷微信刷副本，這些晶元可能就是幕後的功臣。

半導體所研製的我國自主產權的晶元，已經打破了國外壟斷，實現了晶元國內自給，為我國寬頻建設「提速降費」做出了貢獻。目前，科研人員還在做進一步的研究，爭取為提高我國光通信行業的全球競爭力做更大的努力。

來源：中國科學院半導體研究所

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