光子集成（PIC）應用前景廣闊<

        光子集成應用四大驅動

 

        當前光子集成應用的主要驅動力來自于以下四個方面。

       1） 數據中心互聯需求

        云計算的深入推進給數據中心帶來新機會的同時，也給光通信產品提出了新的需求。這種新需求表現為數據中心內互聯應用對低成本和低功耗的需求。在采取超高速方式互聯時，通常距離要求并不高，對于光系統(tǒng)的線路性能要求遠遠弱于干線和城域應用，但是對于光口密度、成本和功耗則比較敏感。

        2）干線超大容量傳輸需求

100G波分系統(tǒng)開發(fā)初期，某些廠家提出10X10G的集成方案，沒有獲得廣泛支持，但是隨著400G和1T需求的顯現，對于板卡的小尺寸和高密度也提出了迫切的需求。

        3）運營商在城域應用的現實需求

        某些運營商由于歷史原因，在城域范圍以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)到縣一級的運營部門缺乏維護力量，同時也缺乏機房資源，希望能夠將傳統(tǒng)波分的一些光層功能進行集成，提高設備集成度，降低占地面積和功耗，便于維護。在這種場景下，傳輸距離要求不高，可以在光的線路系統(tǒng)性能和易用性方面做折衷考慮以滿足現實需求。

        4）光系統(tǒng)自身發(fā)展的需求

        目前波分系統(tǒng)大量采用的分立器件堆疊方式，不僅板卡體積大，而且板卡之間需要大量的光纖連接，可靠性低。當需要增加波道的時候，通常需要重新調整多個光層的模擬參數使得系統(tǒng)達到性能最優(yōu)，對于系統(tǒng)開通和運維都比較麻煩。

總的來說，光子集成是由成本驅動，為了滿足市場對更低功耗、更高密度和更高數據傳輸的需求而出現的。

 

        光子集成技術逐步落地

 

        光子集成的分類方式有多種。比較常見的方式是根據集成的元器件功能是否相同分為水平集成和垂直集成。水平集成指的是將多個同樣功能的光元器件集成在一個襯底上，從而縮小體積。垂直集成是將不同的光元器件集成在一起，從而實現多個功能的集成。從材料選擇上講，水平集成更容易實現。隨著光元器件功能和元素的增多，對材料的限制也越多，不同的元器件越多，對于單一材料的限制就越嚴重，實現的難度也越大。

        按照實現集成的技術方式分類，可以分為單片集成（Monolithic Integration）和混合集成（Hybrid Integration）。其中單片集成指的是在單一襯底上實現預期的各種功能?；旌霞芍覆捎貌煌牟牧蠈崿F，而后將這些不同的功能部件固定在一個統(tǒng)一的基片上。一般來講，水平集成比較適合采用單片集成方式，垂直集成比較適合采用混合集成方式。但是業(yè)界的長期目標還是單片集成。

        目前在光子集成領域，各種技術和實現方式的爭論已經過去，從事光子集成的廠家都開始采用越來越務實的做法來集成產品，比如在InP上應用激光器集成比較好，考慮以盡可能高的密度來減少這種昂貴材料的成本。而調制器在GaA材料上或者LiNbO3鈮酸鋰上效果很好。又比如無源波導的復雜路由，直接耦合到光纖，在硅波導上做比較容易。但是高密度要求不同的材料，例如SiN和半導體材料，而這些材料容易導致高損耗和串擾。XFP適合單片集成，激光器、波長可調、半導體放大器、功率監(jiān)視、調制等功能需要不同的材料合成到InP材料上。但是最終實現的方式還是取決于廠家的能力和應用考慮。例如JDSU和Santur都是采用單片和混合集成方式。SEI、JDSU和Oclaro都是采用XFP作為單片集成產品。而Neophotonics、NTT和U2T用混合集成來做相干接收。Infinera則是采用基于InP材料的集成。

 

        光子集成的潛在應用領域

 

        由于光子集成的功能多，密度高，產品一致性要求非常高，特別是采用單片集成方式時要求更為苛刻，導致光子集成產品的成品率低，成本居高不下，限制了大規(guī)模應用。

        從市場應用看，城域和長途傳送設備市場在向光子集成的方向發(fā)展,XFP、40G和100G的OTU以及ROADM，包括MUX和DEMUX會成為應用的主要領域。在波分設備接口上，除了Infinera以外均沒有采用集成方式的。直到40G和100G的復雜調制格式的出現，伴隨著可調XFP的10G模塊的出現才開始在波分接口上出現集成技術的應用。目前的客戶側光模塊大部分沒有采用集成技術。但是對于40G和100G特別是后續(xù)的400G/1T的收發(fā)模塊正在采用集成技術以達到理想的端口密度要求。對于波分系統(tǒng)線路部分的EDFA和色散補償等器件，還沒有集成的需求，都是采用多信道并行的方式。從網絡的應用范圍看，城域的應用會先于干線和長途系統(tǒng)。

        從客戶的角度看，確實光子集成可以帶來很多好處。但是總體看來，在100G領域，采用光子集成的發(fā)展勢頭并不明顯，系統(tǒng)設備制造商會等到400G或者1T時才會考慮大量采用光子集成技術。

        實際上光子集成是個比較寬泛的詞，處于產業(yè)鏈上的公司都有各自的理解和實現方式，但是因為帶寬增長和數據中心以及運營商對于高密度、低功耗和體積的驅動下，大家達成一致的是需要采用多種光子集成的方法以滿足不同的應用需求。烽火通信一直對PIC技術進行跟蹤和研究，也已經應用PIC技術到光網絡產品中，以降低功耗，降低運維成本，提高系統(tǒng)可靠性，提升端口密度。但從目前的研究分析看，光子集成技術成品率低，價格昂貴，產業(yè)鏈微弱和單一的現狀并沒有根本改變，規(guī)模商用仍有待時日。

 

        作者：曹玲   來源：通信世界周刊