光子集成芯片：世界上最快的光芯片

　　在美國硅谷實(shí)驗室中，Infinera研發(fā)的創(chuàng )始人DavidWelch，手持著(zhù)一個(gè)2厘米寬的金色的長(cháng)方體，這就是用磷化銦等材料制成的半導體光子集成芯片。在這個(gè)外表看似簡(jiǎn)單的芯片中，集成了大量的復雜的光電器件，使得光通信從此進(jìn)入了一個(gè)更低成本更高容量的新時(shí)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(lái)，密集波分復用系統(DWDM)的大規模應用，使得光通信有了飛速發(fā)展。DWDM系統中，多達80個(gè)不同波長(cháng)的激光器調制的數據信號在光纖的一端復用，而后在一根細如發(fā)絲的光纖中傳送。在光纖的另一端，光信號被解復用為不同波長(cháng)，不同波長(cháng)的數據信號通過(guò)光電轉換最終進(jìn)入到計算機。

　　在信息傳輸的過(guò)程中，激光器進(jìn)行發(fā)光，光復用器對信號進(jìn)行復用/解復用，調制器對信號進(jìn)行編碼調制，檢測器進(jìn)行光電檢測等等。在傳統DWDM系統中，這些器件都分離在不同的板卡中，整個(gè)系統龐大而又昂貴?！皼](méi)有人想過(guò)要將DWDM系統做在一個(gè)芯片上，也沒(méi)有人試著(zhù)這么做過(guò)”，Infinera將不可能的事情變成可能。

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

　　當人們還在固守著(zhù)“全光通信”的思路的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò )已在悄然改變。節點(diǎn)設備需要光電變換，通過(guò)“O-E-O”才能將信號進(jìn)行整形和放大，從而傳給計算機。光子集成技術(shù)順應了時(shí)代發(fā)展，光子集成比傳統的分立“O-E-O”處理降低了成本和復雜性，帶來(lái)的好處是，以更低的成本構建一個(gè)具有更多節點(diǎn)的全新的網(wǎng)絡(luò )結構，更多的節點(diǎn)意味著(zhù)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構，比二維結構的半導體集成要復雜得多。將激光器、檢測器、調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(gè)薄膜介質(zhì)層上重復地沉積和蝕刻，這些材料包括砷化銦鎵、磷化銦等。

　　磷化銦晶片在生產(chǎn)線(xiàn)上經(jīng)過(guò)一種稱(chēng)為光刻膠的漿狀化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行包裹。紫外線(xiàn)光通過(guò)一個(gè)鏤空設計的模板照射到光刻膠上，產(chǎn)生了復雜的反應，其中一些半導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(gè)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體材料”，Welch說(shuō)。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(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)的不斷增長(cháng)，傳統的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(huì )需要25M、50M或者100M的帶寬。Welch說(shuō)。為了滿(mǎn)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(diǎn)中繼續增加更多的設備?！半S著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)流量每年60%到100%的增長(cháng)，不可能再繼續增加這些龐大的子架了”，Welch說(shuō)?！肮庾蛹杉夹g(shù)將會(huì )成為滿(mǎn)足互聯(lián)網(wǎng)持續增長(cháng)的重要因素”。