硅光子技术用激光束代替电子信号传输数据,是一种基于硅光子学的低成本、高速的光通信技术。英特尔实验室通过混合硅激光器技术的集成激光器,首次实现了基于硅光子的数据连接。
1.硅光子技术原理
硅光子技术利用标准硅实现计算机和其它电子设备之间的光信息发送和接收。与晶体管主要依赖于普通硅材料不同,硅光子技术采用的基础材料是玻璃。由于光对于玻璃来说是透明的,不会发生干扰现象,因此理论上可以通过在玻璃中集成光波导通路来传输信号,很适合于计算机内部和多核之间的大规模通信。硅光子技术最大的优势在于拥有相当高的传输速率,可使处理器内核之间的数据传输速度快100倍甚至更高。
2.硅光子技术研发过程
2006年,英特尔和加州大学圣芭芭拉分校成功研发出世界上首款采用标准硅工艺制造的电子混合硅激光器。
2008年,英特尔推出“雪崩硅激光探测器”,它一举将硅光子技术的增益带宽积提升到340GHz。
激光传输一般包括两个终端站和一个中继站,由光纤作为线路。每个终端站都有一个光端机,其中发送设备的功能主要是产生激光,把电信号变换成为光信号,即电/光转换。接收设备主要是光检测和放大,把光信号转换为电信号,即光/电转换。中继站则把接收的光信号变为电信号,经过判决再生处理,又把电信号转换为光信号发送出去。
3.硅光子技术的优点
集成度高:硅光子技术以硅为集成芯片的衬底,硅基材料成本低,延展性好,可采用成熟的硅光子技术CMOS光设备的工艺生产。与传统方案相比,硅光子技术集成度更高,嵌入式功能更多,有利于提高芯片集成度。
成本下降潜力:传统成本下降潜力:GaAs/InP由于晶圆材料生长有限,衬底的生产成本较高。近年来,随着传输速率的进一步提高,芯片的成本将进一步增加。与三五种半导体相比,硅基材料成本低,可大规模制造,芯片成本大大降低。
波导传输性能优异:硅的禁带宽度为1.12eV,相应的光波长为1.1μm。因此,硅对1.1-1.6μm通信波段(典型波长1.31μm/1.55μm)是透明的,具有优异的波导传输特性。此外,硅的折射率高达3.42,可与二氧化硅形成较大的折射率差,保证硅波导能具有较小的波导弯曲半径。