PLC光无源器件技术的现状分析
平面光波导PLC是英文Planar Lightwave Circuit的缩写，是平面光波导技术。早在几年前，平面光波导技术就能够使光子在晶圆中传输，并已在WDM系统中广泛应用，主要是阵列波导光栅(AWG)复用/解复用模块。近日，河南仕佳光子科技有限公司安俊明博士发表了《PLC光无源器件的现状及展望》，针对PLC光无源器件的技术现状作了阐述。
PLC光无源器件技术的第一类
第一类是波分复用器-平面光波导器件，其中又分为刻蚀衍射光栅EDG、微环谐振器解复用器、阵列波导光栅AWG和光子晶体解复用器这几大类。
安博士还介绍了AWG的工作原理，其中AWG芯片是主干网、数据中心、光互连的关键芯片。不同材料系的AWG性能参数也不同，其中二氧化硅波导的折射率差为0.75%，波导尺寸为6 mm′6mm，弯曲半径为5mm，40通道芯片尺寸为45mm′20mm，最大的优点是，单独使用的损耗低;SOI波导的折射率差为40%，波导尺寸为500nm′200nm，弯曲半径为5mm;16通道芯片尺寸为580mm′170mm，属于集成使用，亚微米加工，因此耦合难度大;InGaAsP/InP波导的尺寸为2.5 m m′0.5mm，弯曲半径为500mm，属于集成使用，损耗稍高，但是价格贵。
硅基二氧化硅AWG需要克服三大难点：均匀的材料生长、相位控制以减少串扰及退火应力补偿，其最大通道数高达512通道。
Si纳米线波导AWG的波导尺寸在300nm-500nm，Ghent大学制备出了8通道、400GHz硅纳米线AWG，尺寸仅为200mm′350mm，器件插损仅-1.1dB，串扰为-25dB。
硅纳米线AWG关键工艺在于电子束曝光或深紫外曝光和ICP干法刻蚀，需要克服三大难点：EB光刻密集纳米线波导均匀性、EB写场拼结问题(断开或错位) 及EB光刻、ICP刻蚀侧壁光滑性。
64通道、50GHz InP AWG的禁带为1.05 mm，GaInAsP为0.5 mm厚，上面覆盖1.5 mm厚的InP。深脊型波导宽度为2.55 mm，刻蚀深度为4.5 mm。NTT采用深脊型结构，实现偏振无关，其尺寸为3.6mm′7.0mm;输入/输出波导展宽为4 mm;输出波导间隔为25 mm;阵列波导弯曲半径为500 mm;输入/输出波导弯曲半径为250 mm;插损在14.4-16.4dB间，串扰小于-20dB。
PLC光无源器件技术的第二类
第二类为PLC光分路器，属于光纤到户的核心光子器件。PLC平面波导型光分路器采用高度集成的制备技术，分路数最多达128路，采用光刻、生长和干法刻蚀工艺，在石英衬底上形成掩埋光波导，实现光功率分配，是光分路器生产的最佳技术。目前掌握这种技术的公司，国外有NTT、AiDi、Hitachi Cable、Wooriro、PPI、Fi-Ra，Neon、Corecross、QNIX、Enablence。还有一种采用玻璃基离子交换制备技术，该技术的工艺简单、设备投资少，国外有法国的Teem Photonics公司和以色列ColorChip公司，国内曾有报道浙江大学也掌握了该技术。
目前，PLC光分路器晶圆制备工艺流程分6大步骤共19个工序。依次为：芯区生长-退火、生长硬掩膜、光刻(涂胶、前烘、曝光、显影、后烘)、刻蚀硬掩膜、去光刻胶、刻蚀芯区、去硬掩膜、清洗、生长上包层、退火(重复多次)。
PLC光无源器件技术的第三类
第三种类型为无源与有源功能器件混合集成，有AWG与可调谐衰减器(VOA)集成、AWG与热光开关集成的光上下路器(OADM)这两种集成方式。
二氧化硅平台混合集成有LD倒装和PD侧面贴装两种方式。而封装模块-片上倒装结构属于SOI平台混合集成，有LD倒装和PD表面贴装两道工序，比二氧化硅平台少一个工序。
混合集成工艺-LD倒装焊采用两侧台阶标记的方式，SOI平台混合集成LD倒装
混合集成工艺-PD表面贴装，采用面探测器，NTT以前用波导型探测器。相比较两种探测器，面探测器对准容差大，简化了工艺。
PLC光无源器件技术的第四类
第四种类型为SOI纳米线AWG与Ge探测器单片集成，属于硅基器件混合、单片集成。
PLC光无源器件技术的第五类
第五种类型为InP基单片集成(PIC)，其中Infinera公司是全球PIC集成芯片代表。InP基单片集成Key Innovation PIC是技术上的创新，属于有源光子的集成，具有空间小、能耗低、可靠性高的特点，能够实现数字带宽，带来部署和管理的灵活性。
目前光子集成实现了传送IP化，单蚀刻，大规模InP光子集成、每芯片100Gb/s WDM系统容量、一对PIC集成了62个分离Tx&Rx
Infinera InP基集成实现了光纤耦合次数减少30倍，空间占用减少3倍，并且功率消耗减少50%，相对而言，优势明显。
目前，国内光通信产业链在系统集成这一环节实力雄厚，其中华为、中兴、峰火均已跃居世界前列。但是不可否认的是，我国在上游芯片这一块的技术比较弱，只有低端有源可以自产，高端芯片全部依赖进口。国内在模块这一环节的实力算是比较强，以光迅昂纳等为代表，总体而方属于经组装为主的封装大国。众所周知，光通信产业链的基础在于芯片，只有掌握了高端芯片集成技术，整个产业链才得以很好的延伸下去。