“吃鸡、打农药”不卡，这个芯片很关键

“光纤”，这是一个大家非常熟悉的名词。1966年，物理学家高锟在世界上首次提出光纤理论。从此，“光纤”这个词被无数光通信的研究者们所追逐。而高锟也被誉为"世界光纤之父"，并因此获得了2009年诺贝尔物理学奖。如今，光纤已经逐步走进了千家万户。随着高清视频、网络会议、移动通信等对网络下载速率和网络容量的要求越来越高，高速大容量光网络已经成为发展的必然趋势。

光分路器芯片和阵列波导光栅（AWG）芯片，这两位就是高速大容量光网络的核心芯片。

光分路器芯片，也就是分配光信号的芯片。它能实现真正意义的光纤到户，极大程度节约光纤到户成本。假如一个小区一栋楼共32户，光信号从机房通过光缆到小区单元楼下之后，如果不采用光分路器，就需要每家每户都铺设光缆，将耗费大量的人力、物力、财力等资源。而采用分路器芯片，只需一个很小的光分路器芯片，将光信号分成等分的32路信号，每路信号对应一户，这样就能避免铺设复杂的光缆，降低了光纤到户成本，加速了光纤到户发展进程。

AWG 芯片，就是能让一根光纤传输很多个不同波长的信号的芯片，主要应用在骨干网和城域网。现有的主干网络主要采用96通道（即单根光纤内传输96个波长），假设单个通道的波长速率为100 Gb/s，可实现96×100 Gb/s高速大容量光网络。

2013年之前，我国的芯片全部依赖进口，受日、韩、欧美等发达国家垄断。经过十几年的研究攻关，中科院半导体所突破了关键技术、产业化平台建设及规模化生产一系列难题，形成了拥有自主知识产权的光分路器和阵列波导光栅芯片，彻底打破了国际垄断。而半导体所研究员安俊明也因“光网络用光分路器芯片及阵列波导光栅芯片关键技术及产业化”项目荣获2017年度国家科学技术进步二等奖。

图1 安俊明研究员与团队分析问题

光分路器和 AWG 芯片是由几百条复杂波导结构（非常的细，每根波导的宽度6微米，仅为头发丝1/15）的光波导组成，其芯片设计和制备一直是技术的难点。

半导体所自主研制平面光波回路（PLC）光分路器芯片，由多个 Y 分支级联而成。研究团队设计了新型的 Y 分支结构，有效改善了 PLC 光分路器的损耗和损耗均匀性，在国际同类芯片的性能相比中均有优异表现。同时，单个石英片上芯片个数与国外公司相比平均提高了22%，处于国际领先水平。

目前，研发团队已经开发了20多种结构的 PLC 光分路器，用于不同的光纤到户接入场景，让老百姓家里的上网速度“嗖”一下，从每秒几兆比特提高到了百兆比特，极大提高了接入网信号速度。

图2 光分路器晶圆

图3 AWG 晶圆

如果说光分路器是服务于光网络中传输神经末梢芯片，那么 AWG 芯片就是服务于光网络的神经主干的关键芯片。半导体所研制的 AWG 芯片，采用新型输出罗兰圆结构，解决了边缘通道模场变形问题，改善了损耗，使损耗均匀性小于0.83 dB，远远优于行业标准的1.0 dB，保证了骨干网传输信号的稳定性。

此外，半导体所还率先在我国建成了国际上领先的光分路器芯片及 AWG 芯片产业化加工平台。

图4陡直平滑的刻蚀 SEM 图：(a)石英基光分路器芯片刻蚀 SEM （b）硅基阵列波导光栅芯片刻蚀 SEM

在半导体所研制成果的支持下，河南仕佳光子成为了国际上规模最大的光分路器及 AWG 芯片制造企业，为我国近百家光分路器封装企业批量提供芯片，在我国三大运营商及国外 FTTH 宽带建设中得到广泛使用，替代了国外进口产品，光分路器芯片占全球市场份额50％以上。也就是说，现在你能如此顺畅地上网刷微信刷副本，这些芯片可能就是幕后的功臣。

半导体所研制的我国自主产权的芯片，已经打破了国外垄断，实现了芯片国内自给，为我国宽带建设“提速降费”做出了贡献。目前，科研人员还在做进一步的研究，争取为提高我国光通信行业的全球竞争力做更大的努力。

来源：中国科学院半导体研究所