中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近年來(lái)，全球數字化進(jìn)程空前加速。居家辦公和遠程學(xué)習帶來(lái)的流媒體和視頻會(huì )議等應用，導致住宅寬帶使用激增。人工智能（AI）和自動(dòng)駕駛汽車(chē)等新興應用，將進(jìn)一步加速未來(lái)對數據通信的需求。如今的互聯(lián)網(wǎng)基礎設施是基于光纖通信的，如何使系統更高效地滿(mǎn)足未來(lái)激增的數字通信需求？
為了應對日益增長(cháng)的數據速率，光纖通信系統開(kāi)始在不同專(zhuān)用波長(cháng)下采用許多獨立通信信道，這一技術(shù)被稱(chēng)為波分復用。這些信道在光纖傳輸之前在多路復用器中組合。然后在接收端對光譜信號進(jìn)行解復用。通常，利用光子集成電路（PIC）執行此操作。光子集成電路將光限制并引導到微尺度組件中，例如陣列波導光柵或集成環(huán)形諧振器等，這些組件在多個(gè)波長(cháng)通道中操縱信息。
在近期發(fā)表于Journal of Optical Microsystems期刊的一篇論文中，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）Hamed Sattari博士及其共同作者通過(guò)移動(dòng)光子集成電路（PIC）中的懸浮硅環(huán)形諧振器，展示了一種用于解復用操作的高能效組件。其環(huán)形諧振器的機械位移將波長(cháng)通道提取到總線(xiàn)波導中，有效地充當了微機械操作的分插濾波器（Add/Drop Filter）。其靜電執行機制基于MEMS技術(shù)，這種技術(shù)已廣泛應用于各類(lèi)消費電子產(chǎn)品，例如投影儀中的德州儀器（TI）數字微鏡陣列等。
MEMS分插濾波器示意圖。該器件通過(guò)驅動(dòng)可垂直移動(dòng)的懸浮環(huán)形諧振器進(jìn)行調諧。極其緊湊的占位面積可以實(shí)現快速操作，靜電驅動(dòng)機制確保了極低的能耗，使得這種新型濾波器具有高能效。
與那些已成熟的光學(xué)MEMS器件相比，該論文所展示的新型硅光子MEMS器件的尺寸大約小了3個(gè)數量級。其環(huán)形諧振器的波導橫截面小于650 nm x 220 nm，憑借小于500 nm的位移就足以操作濾波器。與現有的MEMS產(chǎn)品相比，這種緊湊的占位面積可以實(shí)現更快速地操作，并且，靜電執行機制確保了極低的能耗，使這種新型濾波器具有更高的能效。
左側為硅光子芯片的光學(xué)顯微鏡圖像，右側為懸浮式MEMS微環(huán)諧振濾波器的放大視圖；成功將MEMS器件集成到標準硅光子平臺的完整堆棧中。
其中，硅光子MEMS分插濾波器在IMEC（總部位于比利時(shí)的國際研發(fā)組織）標準硅光子平臺上通過(guò)后處理工藝實(shí)現。據稱(chēng)，通過(guò)標準代工工藝在硅光子芯片中集成MEMS代表了新的技術(shù)里程碑。
釋放硅光子MEMS組件的制造工藝
此前在EPFL領(lǐng)導光子MEMS開(kāi)發(fā)的Niels Quack教授表示：“我們證明了光子MEMS可以與芯片上已構建的高性能光子組件集成，并且可以大規模擴展?！?/p>
Hamed Sattari表示：“我們的研究表明，硅光子MEMS在技術(shù)成熟度方面邁出了重要一步?，F在我們已經(jīng)可以構建由上千個(gè)組件組成的大規模光子集成電路（例如分插濾波器），提供了可以使數據中心和光纖通信應用更加節能的新平臺?！?/p>
