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硅光调制器研究取得新进展

导读: 光调制器是片上光互连的核心器件,其基本功能是实现信息从电域向光域的转换。半导体所科研人员研制出了调制速率为26Gb/s,消光比为9dB的Mach-Zehnder硅光调制器,将载流子耗尽型Mach-Zehnder硅光调制器的功耗从国际上普遍的几个pJ/bit降低了一个数量级。

  高性能处理器目前普遍采用多核并行处理的架构,其性能不仅取决于处理核心的性能和数量,也取决于处理核心之间的通信效率。随着片上集成的处理核心越来越多,多核处理器对片上网络通信带宽的要求越来越高,传统金属连线实现的片上网络因其高功耗、低带宽及高延迟逐渐成为多核处理器发展的瓶颈,光互连以其低功耗、高带宽与低延迟被广泛认为是一个非常有前景的替代方案。

  光调制器是片上光互连的核心器件,其基本功能是实现信息从电域向光域的转换。中科院半导体研究所科研人员通过优化波导结构和反向PN结,获得具有高调制效率(VpL=1.26V·cm)的调制结构。通过优化设计获得了低传输损耗的共面波导电极,通过端接的方式降低电信号反射,采用差分驱动降低工作电压,在保证调制速率的前提下,显著降低了功耗。

  半导体所科研人员研制出了调制速率为26Gb/s,消光比为9dB,驱动电压为0.5V,功耗为146fJ/bit的Mach-Zehnder硅光调制器,将载流子耗尽型Mach-Zehnder硅光调制器的功耗从国际上普遍的几个pJ/bit降低了一个数量级。

  论文链接1

  论文链接2 

单位

调制速率 (Gbit/s)

消光比(dB)

驱动电压(V)

长度(mm)

功耗(pJ/bit)

参考文献

Intel

40

1.2

6.5

1

30

OE 15 (2007) 660

IBM

10

~

7.6

0.2

5

OE 15 (2007) 17106

Kotura

12.5

7.3

6

1

>14.4

OE 18 (2010) 7994

Surrey

50

2.2

6.5

1

4.2

PTL 24(2012) 234

Fujikura

12.5

9

5

4

>10

OE 19 (2011) B26

Alcatel-Lucent

50

4.7

4.5

2

>2

OE 20 (2012)6163

ETRI

30

7.2

1.2

1

-

OE 19 (2011) 26936

IME

10

8.74

5

4

>12.5

OE 19 (2011) 18029

ISCAS

12.5

7.7

1

2

2.4

OE 20 (2012) 3209

26

9

0.5

2

0.146

OE 20 (2012) 7081

半导体所的器件与国际同行研究结果的比较

 载流子耗尽型Mach-Zehnder硅光调制器的结构及性能

 载流子耗尽型Mach-Zehnder硅光调制器的结构及性能

载流子耗尽型Mach-Zehnder硅光调制器的结构及性能

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