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面向5G前传的高速半导体激光器

发布日期:2023-02-04 浏览量:1

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 光电信息   

研究背景

 5G新基建是国家的重要发展战略,宽温高可靠的25Gb/s DFB(分布反馈)激光器芯片是5G光传输核心光芯片,也是当前5G建设的卡脖子问题之一。自主可控的5G光模块DFB激光器芯片可有效解决光通信“空芯化”问题,对推进“中国芯”国家重大战略实施,保障我国通信基础设施安全具有重要的经济和社会效益。因DFB激光器的微分增益随温度上升迅速下降,常规的DFB激光器面临严重的高温高带宽瓶颈。面对5G应用要求的-40~85℃的宽温应用场景,常规DFB激光器芯片往往是超频运行,严重影响可靠性。因此,研制全国产宽温25Gb/s DFB激光器芯片,同时兼顾低成本高可靠需求对推进“中国芯”国家重大战略实施具有重要意义。

成果介绍

本成果创新性地提出一种沟中沟脊波导DFB激光器结构,相比较常规DFB激光器,在脊两侧对称的刻蚀两个沟槽。此结构可抑制注入载流子的横向扩散,提高对光场的束缚,提高芯片带宽,满足芯片高速工作需要。芯片的高温输出光功率大于10mW,单模抑制比大于40dB,实测宽温25Gb/s眼图及误码率均达到商用需求。同时,相比较常规芯片,其制作过程只需多加一步简单的刻蚀,无需二次外延,成本低,做了2000小时的老化试验,其功率变化小于0.5%,具有高可靠性。

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图1(a)常规DFB激光器芯片截面图 (b)新型沟中沟脊波导DFB激光器芯片截面图 (c)新型沟中沟脊波导DFB激光器芯片概图 (d)(e)(f)分别为常规芯片、沟脊距为2μm、沟脊距为6μm SEM图

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 图2(a)(b)(c)25℃、55℃和85℃下不同沟脊距与常规芯片响应曲线对比(d)25℃、55℃和85℃下不同沟脊距与常规芯片响应带宽对比,带宽可提高3GHz@25℃和3.7GHz@85℃下芯片25Gb/s眼图(g)25℃、55℃和85℃下芯片背靠背传输及10km传输误码率曲线

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 图3(a)(b)25℃和85℃下常规芯片与沟中沟脊芯片2000小时老化实验结果,功率变化小于0.5%

技术优势

(1)高性价比芯片结构,量产良率高,无需制冷的电信级高可靠性。

(2)生产过程全国产化,打破国外垄断。

(3)更高的芯片带宽,满足5G应用高速应用需求。

应用场景

 集成到5G光模块中进行应用,5G光模块在户外5G基站中使用。

【市场场景】

 根据LightCounting预测,2026年,全球光模块市场份额将从2020年80亿增至145亿美元,同时根据赛迪顾问预测,我国的光芯片市场规模将从2020年6.1亿元增至2025年182.3亿元,市场空间极为广阔,增速迅猛。

【知识产权】

 该成果申请多项中国发明专利,下表是部分展示:

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