面向5G前傳的高速半導體激光器
發(fā)布日期:2023-02-04 瀏覽量:1
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【所屬領域】
光電信息
【研究背景】
5G新基建是國家的重要發(fā)展戰(zhàn)略,寬溫高可靠的25Gb/s DFB(分布反饋)激光器芯片是5G光傳輸核心光芯片,也是當前5G建設的卡脖子問題之一。自主可控的5G光模塊DFB激光器芯片可有效解決光通信“空芯化”問題,對推進“中國芯”國家重大戰(zhàn)略實施,保障我國通信基礎設施安全具有重要的經(jīng)濟和社會效益。因DFB激光器的微分增益隨溫度上升迅速下降,常規(guī)的DFB激光器面臨嚴重的高溫高帶寬瓶頸。面對5G應用要求的-40~85℃的寬溫應用場景,常規(guī)DFB激光器芯片往往是超頻運行,嚴重影響可靠性。因此,研制全國產(chǎn)寬溫25Gb/s DFB激光器芯片,同時兼顧低成本高可靠需求對推進“中國芯”國家重大戰(zhàn)略實施具有重要意義。
【成果介紹】
本成果創(chuàng)新性地提出一種溝中溝脊波導DFB激光器結構,相比較常規(guī)DFB激光器,在脊兩側對稱的刻蝕兩個溝槽。此結構可抑制注入載流子的橫向擴散,提高對光場的束縛,提高芯片帶寬,滿足芯片高速工作需要。芯片的高溫輸出光功率大于10mW,單模抑制比大于40dB,實測寬溫25Gb/s眼圖及誤碼率均達到商用需求。同時,相比較常規(guī)芯片,其制作過程只需多加一步簡單的刻蝕,無需二次外延,成本低,做了2000小時的老化試驗,其功率變化小于0.5%,具有高可靠性。
圖1(a)常規(guī)DFB激光器芯片截面圖 (b)新型溝中溝脊波導DFB激光器芯片截面圖 (c)新型溝中溝脊波導DFB激光器芯片概圖 (d)(e)(f)分別為常規(guī)芯片、溝脊距為2μm、溝脊距為6μm SEM圖
圖2(a)(b)(c)25℃、55℃和85℃下不同溝脊距與常規(guī)芯片響應曲線對比(d)25℃、55℃和85℃下不同溝脊距與常規(guī)芯片響應帶寬對比,帶寬可提高3GHz@25℃和3.7GHz@85℃下芯片25Gb/s眼圖(g)25℃、55℃和85℃下芯片背靠背傳輸及10km傳輸誤碼率曲線
圖3(a)(b)25℃和85℃下常規(guī)芯片與溝中溝脊芯片2000小時老化實驗結果,功率變化小于0.5%
【技術優(yōu)勢】
(1)高性價比芯片結構,量產(chǎn)良率高,無需制冷的電信級高可靠性。
(2)生產(chǎn)過程全國產(chǎn)化,打破國外壟斷。
(3)更高的芯片帶寬,滿足5G應用高速應用需求。
【應用場景】
集成到5G光模塊中進行應用,5G光模塊在戶外5G基站中使用。
【市場場景】
根據(jù)LightCounting預測,2026年,全球光模塊市場份額將從2020年80億增至145億美元,同時根據(jù)賽迪顧問預測,我國的光芯片市場規(guī)模將從2020年6.1億元增至2025年182.3億元,市場空間極為廣闊,增速迅猛。
【知識產(chǎn)權】
該成果申請多項中國發(fā)明專利,下表是部分展示: