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2025-07-31
引言:光開(kāi)關(guān)在AI時(shí)代的核心價(jià)值
隨著人工智能與深度學(xué)習(xí)對(duì)高并行計(jì)算需求的爆發(fā)式增長(zhǎng),傳統(tǒng)電子芯片面臨能效瓶頸?;?strong>微環(huán)諧振器(MRR)的光開(kāi)關(guān)憑借其納米級(jí)尺寸、超低功耗及光域并行處理能力,成為新一代光子計(jì)算的核心元件。東京大學(xué)與日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(AIST)合作開(kāi)發(fā)的Ge?Sb?Te?S?(GSTS)非易失性硅微環(huán)諧振器光開(kāi)關(guān),通過(guò)創(chuàng)新性相變材料工程,實(shí)現(xiàn)了跨波長(zhǎng)的高性能光調(diào)制,為光通信與光子AI芯片提供了顛覆性解決方案。
一、技術(shù)痛點(diǎn):傳統(tǒng)光開(kāi)關(guān)的局限性與GSTS材料的突破
1.1 MRR光開(kāi)關(guān)的性能瓶頸
微環(huán)諧振器通過(guò)諧振波長(zhǎng)處的光強(qiáng)度調(diào)制實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能,其品質(zhì)因數(shù)(Q因子) 直接影響波長(zhǎng)選擇精度與信道容量。傳統(tǒng)相變材料(如GST)在非晶態(tài)仍存在光吸收損耗,導(dǎo)致Q值下降,限制多波長(zhǎng)系統(tǒng)的擴(kuò)展性。
1.2 GSTS材料的革命性優(yōu)勢(shì)
Ge?Sb?Te?S?(GSTS)作為寬禁帶相變材料,具備四大突破特性:
近零非晶態(tài)吸收(0.0062 dB/μm),保留MRR高Q因子(>9.7×10?)
高晶態(tài)吸收率(2.3 dB/μm),實(shí)現(xiàn)>35 dB消光比
無(wú)毒環(huán)保特性(對(duì)比含硒材料GSST)
支持C+L波段寬帶操作(1490–1560 nm)
圖1:集成GSTS強(qiáng)度調(diào)制器的硅微環(huán)諧振器光開(kāi)關(guān)三維示意圖
二、核心技術(shù):GSTS-MRR光開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與制造
2.1 器件架構(gòu)優(yōu)化
器件采用220 nm SOI硅波導(dǎo)平臺(tái),通過(guò)優(yōu)化20 μm半徑微環(huán)設(shè)計(jì),在緊湊尺寸下實(shí)現(xiàn)高FSR(自由光譜范圍),支持多波長(zhǎng)并行處理。
2.2 關(guān)鍵制造工藝
1. 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)生長(zhǎng)400 nm SiO?包層
2. 電子束光刻開(kāi)窗形成2 μm調(diào)制區(qū)
3. 射頻濺射沉積20 nm GSTS相變層與保護(hù)層
4. 精準(zhǔn)圖案化定義光開(kāi)關(guān)功能區(qū)
圖2:(a)GSTS光開(kāi)關(guān)制造流程 (b)集成8μm調(diào)制器的MRR顯微圖
三、性能驗(yàn)證:超低損耗與多波長(zhǎng)切換能力
3.1 開(kāi)關(guān)性能實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
狀態(tài) | 吸收系數(shù) (dB/μm) | Q因子 | 消光比 |
非晶態(tài) | 0.0062 | 9.7×10? | - |
晶態(tài) | 2.3 | 諧振峰消失 | >35 dB |
3.2 多波長(zhǎng)操作優(yōu)勢(shì)
實(shí)驗(yàn)證明,GSTS光開(kāi)關(guān)在1490–1560 nm波段內(nèi):
非晶態(tài)保持Q因子不變(對(duì)比無(wú)GSTS器件的4.9×10?)
晶態(tài)下完全抑制諧振峰,實(shí)現(xiàn)跨波長(zhǎng)一致開(kāi)關(guān)
圖3:GSTS光開(kāi)關(guān)非晶/晶態(tài)衰減對(duì)比
四、應(yīng)用場(chǎng)景:賦能下一代光電子集成系統(tǒng)
4.1 光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速
GSTS-MRR光開(kāi)關(guān)的非易失特性可存儲(chǔ)權(quán)重信息,無(wú)需持續(xù)供電,顯著降低光子AI芯片功耗。其多波長(zhǎng)并行能力可將矩陣運(yùn)算速度提升10倍以上。
4.2 光通信系統(tǒng)升級(jí)
波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng):高Q值支持密集信道間隔
可重構(gòu)光交換網(wǎng)絡(luò):納秒級(jí)切換速度與零靜態(tài)功耗
圖4:GSTS光開(kāi)關(guān)寬帶操作性能
五、科毅光通信技術(shù)布局
作為領(lǐng)先的光開(kāi)關(guān)解決方案提供商,廣西科毅光通信科技有限公司持續(xù)追蹤前沿光子技術(shù):
技術(shù)轉(zhuǎn)化方向:
1. 開(kāi)發(fā)基于GSTS的O-band/C-band商用光開(kāi)關(guān)模塊
2. 優(yōu)化MRR陣列封裝工藝,提升集成密度
3. 探索硅基-聚合物混合集成降低成本
重新定義光開(kāi)關(guān)的技術(shù)邊界
GSTS非易失性微環(huán)諧振器光開(kāi)關(guān)的突破,標(biāo)志著光電子集成進(jìn)入低功耗、多波長(zhǎng)、高精度的新時(shí)代??埔愎馔ㄐ艑⒊掷m(xù)推進(jìn)該技術(shù)在數(shù)據(jù)中心、5G前傳及光子AI計(jì)算場(chǎng)景的落地,助力中國(guó)光電子產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
選擇合適的光開(kāi)關(guān)是一項(xiàng)需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應(yīng)商實(shí)力的工作。希望本指南能為您提供清晰的思路。我們建議您在明確自身需求后,詳細(xì)對(duì)比關(guān)鍵參數(shù),并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術(shù)扎實(shí)、質(zhì)量可靠、服務(wù)專業(yè)的合作伙伴。
訪問(wèn)廣西科毅光通信官網(wǎng)www.www.racimosdehumanidad.com瀏覽我們的光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品,或聯(lián)系我們的銷售工程師,獲取專屬的選型建議和報(bào)價(jià)!
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