《系统集成》PPT课件
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• 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）ห้องสมุดไป่ตู้
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28
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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：
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因
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10
光互连成为现代信息处理的必然
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11
1、一维LD阵列
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12
2、二维LD阵列
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13
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14
3、光开关阵列
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15
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
• 6.1.1 功能集成 6.1.2 个数集成
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3
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
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4
1、集成光发射机
特征项 基本作用
基本元器件 元器件尺寸（厚
度方向） 元器件尺寸（长
度方向） 与其它部件的连
接 可靠性
制作工艺 集成度（基本元
器件）
光学元件 光波导中的光传输及光与电子、
晶格的相互作用 光波导、半导体激光器等 波长（微米）量级，甚至纳米量
级 微米至数毫米，个别达纳米
难---精密的位置精度，光波导
有问题，通常需要检测全部元器 件
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32
异质材料间的键合技术
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21
OEIC发展方向
1. 新的设计概念：可集成单元---功能模块； 2. 适合于OEIC的新工艺探索； 3. 精简工艺流程； 4. 紧凑的芯片设计； 5. 解决光学和电子学器件之间的工艺兼容性； 6. 解决热隔离和电隔离; 7. 提高光耦合效率并减少耦合难度
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22
表6.1 光学元件与电子学元器件的特征比较
多样，有特殊工艺，研究开发中 几个~数百
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电子学元器件 衬底表面附近的电子
传输与控制 晶体管、电容、电阻
数十纳米至数微米
数十纳米至数微米
容易---电器布线，导 体
近乎没有问题，通常 只进行抽检
基本平面工艺，成熟 几十~百万以上
23
6.3 光集成的技术途径
• 光集成的必要性---CR-D
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25
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
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表6.3 光集成与电子集成的比较
材料
集成 密度
信号 出入 端
电子集 成 单一材 料
相当高
电连接
光集成
多种材料（化合物半 导体、石英玻璃、铌 酸锂等） 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 光纤连接---对准与接 触均困难
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5
2、集成高速光通信光源
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6
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7
3、集成化带隔离器光源
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8
4、MOPA ---“863”项目
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9
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
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24
• 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）
表6.4 集成光路用的衬底材料
无源 有源 材 石英 Ⅲ-Ⅴ或Ⅱ-Ⅵ 料 铌酸 半导体化合
锂物 钽酸 硅 锂 五氧 化钽 五氧 化铌 硅
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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
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
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6.2.1 全光集成
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6.2.2 光电混合集成
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第六章 系统集成
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1
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
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2
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、
– 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
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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：
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因
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10
光互连成为现代信息处理的必然
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1、一维LD阵列
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2、二维LD阵列
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3、光开关阵列
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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
• 6.1.1 功能集成 6.1.2 个数集成
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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
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1、集成光发射机
特征项 基本作用
基本元器件 元器件尺寸（厚
度方向） 元器件尺寸（长
度方向） 与其它部件的连
接 可靠性
制作工艺 集成度（基本元
器件）
光学元件 光波导中的光传输及光与电子、
晶格的相互作用 光波导、半导体激光器等 波长（微米）量级，甚至纳米量
级 微米至数毫米，个别达纳米
难---精密的位置精度，光波导
有问题，通常需要检测全部元器 件
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异质材料间的键合技术
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OEIC发展方向
1. 新的设计概念：可集成单元---功能模块； 2. 适合于OEIC的新工艺探索； 3. 精简工艺流程； 4. 紧凑的芯片设计； 5. 解决光学和电子学器件之间的工艺兼容性； 6. 解决热隔离和电隔离; 7. 提高光耦合效率并减少耦合难度
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表6.1 光学元件与电子学元器件的特征比较
多样，有特殊工艺，研究开发中 几个~数百
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电子学元器件 衬底表面附近的电子
传输与控制 晶体管、电容、电阻
数十纳米至数微米
数十纳米至数微米
容易---电器布线，导 体
近乎没有问题，通常 只进行抽检
基本平面工艺，成熟 几十~百万以上
23
6.3 光集成的技术途径
• 光集成的必要性---CR-D
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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
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表6.3 光集成与电子集成的比较
材料
集成 密度
信号 出入 端
电子集 成 单一材 料
相当高
电连接
光集成
多种材料（化合物半 导体、石英玻璃、铌 酸锂等） 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 光纤连接---对准与接 触均困难
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2、集成高速光通信光源
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3、集成化带隔离器光源
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4、MOPA ---“863”项目
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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
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• 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）
表6.4 集成光路用的衬底材料
无源 有源 材 石英 Ⅲ-Ⅴ或Ⅱ-Ⅵ 料 铌酸 半导体化合
锂物 钽酸 硅 锂 五氧 化钽 五氧 化铌 硅
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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
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
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6.2.1 全光集成
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6.2.2 光电混合集成
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第六章 系统集成
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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
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2
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、