光子集成芯片：世界上最快的光芯片

在美國硅谷實驗室中，Infinera研發(fā)的創(chuàng)始人DavidWelch，手持著一個2厘米寬的金色的長方體，這就是用磷化銦等材料制成的半導(dǎo)體光子集成芯片。在這個外表看似簡單的芯片中，集成了大量的復(fù)雜的光電器件，使得光通信從此進入了一個更低成本更高容量的新時代。

光子集成技術(shù)是光纖通信最前沿、最有前途的領(lǐng)域。自1990年以來，密集波分復(fù)用系統(tǒng)(DWDM)的大規(guī)模應(yīng)用，使得光通信有了飛速發(fā)展。DWDM系統(tǒng)中，多達80個不同波長的激光器調(diào)制的數(shù)據(jù)信號在光纖的一端復(fù)用，而后在一根細如發(fā)絲的光纖中傳送。在光纖的另一端，光信號被解復(fù)用為不同波長，不同波長的數(shù)據(jù)信號通過光電轉(zhuǎn)換最終進入到計算機。

在信息傳輸?shù)倪^程中，激光器進行發(fā)光，光復(fù)用器對信號進行復(fù)用/解復(fù)用，調(diào)制器對信號進行編碼調(diào)制，檢測器進行光電檢測等等。在傳統(tǒng)DWDM系統(tǒng)中，這些器件都分離在不同的板卡中，整個系統(tǒng)龐大而又昂貴?！皼]有人想過要將DWDM系統(tǒng)做在一個芯片上，也沒有人試著這么做過”，Infinera將不可能的事情變成可能。

2004年，大規(guī)模光子集成芯片——一對集成了50個光子器件的芯片呈現(xiàn)在人們的面前。此前，一些光芯片廠商只是做了一些少量器件的集成，現(xiàn)在，光子集成技術(shù)還成功地作出了400G和1.6T的芯片，實現(xiàn)了多達240個光器件的集成。

當人們還在固守著“全光通信”的思路的時候，網(wǎng)絡(luò)已在悄然改變。節(jié)點設(shè)備需要光電變換，通過“O-E-O”才能將信號進行整形和放大，從而傳給計算機。光子集成技術(shù)順應(yīng)了時代發(fā)展，光子集成比傳統(tǒng)的分立“O-E-O”處理降低了成本和復(fù)雜性，帶來的好處是，以更低的成本構(gòu)建一個具有更多節(jié)點的全新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，更多的節(jié)點意味著更靈活的接入，更有效的維護和故障處理。

光子集成芯片制造并不是一件容易的事情。光子器件具有三維結(jié)構(gòu)，比二維結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體集成要復(fù)雜得多。將激光器、檢測器、調(diào)制器和其他器件都集成到芯片中，這些集成需要在不同材料多個薄膜介質(zhì)層上重復(fù)地沉積和蝕刻，這些材料包括砷化銦鎵、磷化銦等。

磷化銦晶片在生產(chǎn)線上經(jīng)過一種稱為光刻膠的漿狀化學(xué)物質(zhì)進行包裹。紫外線光通過一個鏤空設(shè)計的模板照射到光刻膠上，產(chǎn)生了復(fù)雜的反應(yīng)，其中一些半導(dǎo)體材料就粘在了晶片上，一些就被蝕刻掉了。

就像Intel使用光刻法制造PC機的硅微處理器一樣，光子集成達到了一個很高的技術(shù)水平。但是還有些重要的不同，“在Intel芯片中，全部都是硅材料。在光子領(lǐng)域中，還需要很多種的半導(dǎo)體材料”，Welch說。磷化銦晶片比硅片需要更多次的沉淀和蝕刻。

由于互聯(lián)網(wǎng)語音和視頻業(yè)務(wù)的不斷增長，傳統(tǒng)的1M～6M的互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬變得不足，“我們正在考慮人們會需要25M、50M或者100M的帶寬。Welch說。為了滿足這樣的需求，互聯(lián)網(wǎng)公司還要在已經(jīng)很擁擠的站點中繼續(xù)增加更多的設(shè)備。“隨著互聯(lián)網(wǎng)流量每年60%到100%的增長，不可能再繼續(xù)增加這些龐大的子架了”，Welch說?！?strong>光子集成技術(shù)將會成為滿足互聯(lián)網(wǎng)持續(xù)增長的重要因素”。