硅基光波导可调波分复用/解复用异质集成芯片基础研究

With dense wavelength division multiplexing(DWDM) broadband optical network development, the market demand for reconfigurable optical add -drop multiplexer (ROADM) and other intelligent optical node is growing, which cause the demand number of multi-channel, low loss, fast response rate, small and wavelength variable multiplexing/demultiplexing unit grow rapidly .The project mainly study high-performance Silicon-based optical waveguide variable multiplexing/demultiplexing heterogeneous integrated chip, which is used in broadband optical network. On the basis of physical characteristics analysis, simulation-based design and process development of silica waveguides on silicon and silicon on insulator (SOI) waveguide, let silica waveguides array waveguide grating (AWG) and the SOI-tunable optical attenuator (VOA),which is based on electro-absorption modulator, is integrated on the same silicon platform. Advantages of discrete devices are used respectively to meet the broadband optical network requirements which contain low-loss, high response rate, and low power. Study on Silicon-based optical waveguide variable multiplexing/demultiplexing heterogeneous integrated chip can Meet the needs of our rapidly growing market and enhance our core competitiveness of high-tech chips.

随着密集波分复用（DWDM）宽带光网络的发展，市场对可重构光插分复用器（ROADM）等智能光节点的潜在需求巨大，带动了对通道数多、损耗小、响应速率快、体积小、可控的波分复用/解复用单元需求量的快速增长。本项目主要开展宽带光网络用、高性能硅基光波导可调波分复用/解复用异质集成芯片基础研究。在深入开展硅基二氧化硅光波导及绝缘体上硅（SOI）微纳光波导分立器件物理特性分析、模拟设计和工艺研发的基础上，将具有波分复用/解复用功能的硅基二氧化硅阵列波导光栅（AWG）与基于电吸收调制的可调谐光衰减器（VOA）阵列异质集成在同一硅基平台上，发挥其各自的优势，以满足宽带光网络对该芯片低损耗、高响应速率及低功耗等要求。硅基光波导可调波分复用/解复用异质集成芯片的深入研究与开发，能够为宽带光网络核心集成芯片的国产化做好技术储备，以满足我国迅猛增长的市场需求，提升我国高科技产业核心芯片领域竞争力。

本项目为宽带光网络用、高性能硅基光波导阵列波导光栅、可调光衰减器分立及集成芯片的基础研究。项目团队深入开展硅基二氧化硅光波导及绝缘体上硅（SOI）微纳光波导分立器件物理特性分析、模拟设计和工艺研发，为最终能够制备出满足宽带光网络用低损耗、高响应速率及低功耗等要求的可调波分复用/解复用芯片提供研发、技术支持。. 项目期间，项目团队全面地掌握了硅基二氧化硅波导及SOI微纳光波导器件的物理特性及工艺研发，建立了一套完整的硅基二氧化硅AWG及基于电吸收调制的SOI-VOA设计、仿真、制作及测试方案，并阐明其中物理机制；系统掌握硅基光波导材料生长、光刻、ICP干法刻蚀及电子束曝光工艺。. 项目团队研制出了16通道、通道间隔200GHz的硅基PLC型AWG与VOA集成芯片样品，动态衰减量0-20dB，响应时间≤100ns，单通道功耗≤88.0mW（在20dB衰减量下）。发表国内外核心期刊论文7篇，申请国家发明专利3项，达到项目成果要求，并为后期高性能宽带光网络核心芯片的进一步研发提供支撑。. 在基金项目的大力支持下，项目团队主要成员经过三年的努力，在硅基二氧化硅型的AWG的研发、设计及制备上获得了重大突破，为我国宽带光网络核心芯片的国产化提供了重要保障，先后荣获2015年《鹤壁市科技进步一等奖》、2016年《河南省科技进步一等奖》及2017年《国家科技进步二等奖》。