第六章 系统集成.pptVIP

第六章 系统集成 目录 6.1 光集成的方式 6.1.1 功能集成 6.1.2 个数集成 6.2 光集成的类型 6.2.1 全光集成 6.2.2 混合光电集成 6.3 光集成的技术途径 6.3.1 单片集成 6.3.2 混合集成 6.1 光集成的方式 实现集成的基本单元 光源器件：DFB-LD、DBR-LD、VCSEL、 光检波器件：波导型PD/APD、 光传导器件：光波导、各类波导变换器件、 光处理器件：调制器、光开关、 6.1.1 功能集成 6.1.2 个数集成 6.1.1 功能集成 功能集成 把不同功能的元件集成为一体构成具有新的功或者具有更好性能、更高功能的新器件或系统 优势 小型化 低成本化 高可靠 起因 与IC一样，解决“连接”问题也是光子集成的起因 1、集成光发射机 2、集成高速光通信光源 3、集成化带隔离器光源 4、MOPA---“863”项目 6.1.2 个数集成 个数集成 将多个相同的器件集成为一体 优势 小型化 低成本化 高可靠？？ 起因 与IC一样，解决“连接”问题也是光子集成的起因 1、一维LD阵列 2、二维LD阵列 3、光开关阵列 6.2 光集成的类型 6.2.1 全光集成---Photonic Integrated Circuit (PIC) 基本器件：光波导、光源、光检波器、光 调制器等 6.2.2 混合光电集成---Optic-Electronic Integrated Circuit (OEIC) 基本器件：光子器件和电子器件 6.2.1 全光集成 6.2.2 光电混合集成 OEIC发展方向 新的设计概念：可集成单元---功能模块； 适合于OEIC的新工艺探索； 精简工艺流程； 紧凑的芯片设计； 解决光学和电子学器件之间的工艺兼容性； 解决热隔离和电隔离; 提高光耦合效率并减少耦合难度 6.3 光集成的技术途径 光集成的必要性---CR-D 必须开发一种新的光体系技术 减少光体系组装成本，适合大批量生产 应用范围广泛 外形适合于目前的电子组装工艺 电子学体系成功经验的借鉴（VLSI） 单片集成（同一衬底材料上的集成技术） 混合集成（不同衬底材料光学器件、电子学器件之间在光、电或另外衬底上的集成技术） 6.3.1 单片集成 基本工艺---延续硅平面工艺+部分特俗工艺 困难---光、电器件的工艺不兼容 现状---非常不成熟，仅有部分器件商品化 6.3.2 混合集成 市场需求 FTTX：X=Home，Floor，Office，Home，，， 全光网络：波长路由选择，，， 现状 光电子部件（TOSA、ROSA等）及光电模块 今后的发展方向 平面光回路（planar lightwave circuit—PLC)平台 异质材料间的键合（bounding)技术（硅基集成光子学） 平面光回路平台 以平面光波导回路作为光连接，以平面光波导材料为混合集成衬底材料 工艺： 异质材料间的键合技术 * 光互连成为现代信息处理的必然 表6.1 光学元件与电子学元器件的特征比较 几十~百万以上 几个~数百 集成度（基本元器件） 基本平面工艺，成熟 多样，有特殊工艺，研究开发中 制作工艺 近乎没有问题，通常只进行抽检 有问题，通常需要检测全部元器件 可靠性 容易---电器布线，导体 难---精密的位置精度，光波导 与其它部件的连接 数十纳米至数微米 微米至数毫米，个别达纳米 元器件尺寸（长度方向） 数十纳米至数微米 波长（微米）量级，甚至纳米量级 元器件尺寸（厚度方向） 晶体管、电容、电阻 光波导、半导体激光器等 基本元器件 衬底表面附近的电子传输与控制 光波导中的光传输及光与电子、晶格的相互作用 基本作用 电子学元器件 光学元件 特征项 表6.3 光集成与电子集成的比较 光纤连接---对准与接触均困难 电连接 信号出入端 受以下限制：波导尺寸、元件尺寸（弯曲、定向耦合器）、光纤直径等 相当高 集成密度 多种材料（化合物半导体、石英玻璃、铌酸锂等） 单一材料 材料 光集成 电子集成 表6.4 集成光路用的衬底材料 硅 五氧化铌 五氧化钽 钽酸锂 铌酸锂 Ⅲ-Ⅴ或Ⅱ-Ⅵ半导体化合物 硅 石英 材料 有源 无源 *