磷化铟光子集成的优势

摘要

本文首先研究高性能收发器的内部工作原理，以确定所需的光学功能以及将这些功能集成到光子集成电路(PICs)中的好处。然后查看每种功能的材料选项，比较磷化铟(InP)和硅光子学(SiPh)，并确定只能用InP提供的功能、可以用InP或硅光子学提供但InP有优势的功能，以及光子集成平台都没有优势的功能。基于这一分析，我们认为InP是高性能领域的优秀光子集成材料，同时认识到硅光子学对于数据速率要求较低的应用仍然是一个有吸引力的选择。

高性能相干光功能

现代高性能相干收发器由数字电子器件、模拟电子器件和大量光子功能组成。硅基数字电子器件在单个专用集成电路上包括数字信号处理器(DSP)、数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)，用于发射和接收。模拟电子器件通常由硅锗、砷化镓(GaAs)或磷化铟制成，包括驱动器和跨阻放大器，驱动器将来自数字信号处理器/数模转换器的较低电压转换为调制器所需的较高电压，跨阻放大器将来自光电探测器的电流转换为接收端模数转换器/数字信号处理器所需的电压。

图1所示，每个波长的发射端包括一个激光器和一个相干调制器。相干调制器本身包括四个嵌套的马赫-曾德尔调制器，以及分路器、合路器、移相器、偏振旋转器和偏振光束合路器

光子集成的需求

在发射端和接收端都具有大量功能的高性能光收发器的光子复杂性正在推动光供应商接受光子集成。

图2光子集成的好处

光学功能的材料选择:磷化铟或硅光子学

有两种主要材料可用于在光电集成相干收发器中提供各种功能:磷化铟和硅。虽然磷化铟迄今为止一直是密集波分复用光子集成的主要技术，但经过长时间的培育，硅光子学已经成为一种潜在的替代技术。

磷化铟在高性能相干收发器方面比硅光子学具有许多令人信服的优势。它为高波特率应用提供了更好的调制器性能。此外，磷化铟能够实现更大的光子集成，能够集成激光器和半导体光放大器，在单个PIC中实现所有光发射和接收功能。

尽管完全集成的基于磷化铟的PIC具有成本和性能优势，但许多光学设备和元件供应商仍在投资用于高性能相干收发器的硅光子学。

总结

光学供应商正在相干收发器市场的高性能领域进行投资，以提供更高的单位波长容量、频谱效率以及高端数据中心互连、城域/区域、长距离和水下应用的覆盖范围。为了从光子集成中获益，这些供应商有两种选择:磷化铟和硅光子学。通过实现更高的集成度、卓越的性能、更小的外形尺寸和更低的功耗，完全集成的InP为高性能相干收发器提供了最佳的光子平台。然而，对于没有必要的专业知识来建造完全集成的基于磷化铟的PIC和/或不愿意或无法进行建造自己的磷化铟制造设施所需的大量投资的供应商来说，硅光子学仍然是一个有吸引力的选择。