【所屬領(lǐng)域】
光電信息
【研究背景】
5G新基建是國家的重要發(fā)展戰(zhàn)略，寬溫高可靠的25Gb/s DFB(分布反饋)激光器芯片是5G光傳輸核心光芯片，也是當(dāng)前5G建設(shè)的卡脖子問題之一。自主可控的5G光模塊DFB激光器芯片對(duì)解決光通信“空芯化”問題，推進(jìn)“中國芯”國家重大戰(zhàn)略實(shí)施，保障我國通信基礎(chǔ)設(shè)施安全具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因DFB激光器的微分增益隨溫度上升迅速下降，常規(guī)的DFB激光器面臨嚴(yán)重的高溫高帶寬瓶頸。面對(duì)5G應(yīng)用要求的-40~85℃的寬溫應(yīng)用場(chǎng)景，常規(guī)DFB激光器芯片往往是負(fù)荷運(yùn)行，嚴(yán)重影響可靠性。因此，研制全國產(chǎn)寬溫25Gb/s DFB激光器芯片，同時(shí)兼顧低成本高可靠需求對(duì)推進(jìn)“中國芯”國家重大戰(zhàn)略實(shí)施具有重要意義。
【成果介紹】
本成果創(chuàng)新性地提出一種溝中溝脊波導(dǎo)DFB激光器結(jié)構(gòu)，相比較常規(guī)DFB激光器，在脊兩側(cè)對(duì)稱的刻蝕兩個(gè)溝槽。此結(jié)構(gòu)可抑制注入載流子的橫向擴(kuò)散，提高對(duì)光場(chǎng)的束縛，提高芯片帶寬，滿足芯片高速工作需要。通過優(yōu)化脊與溝槽的距離，可使芯片帶寬達(dá)到28.7GHz(@25℃)和15.3GHz(@85℃)，芯片的高溫輸出光功率大于10mW，單模抑制比大于40dB，實(shí)測(cè)25Gb/s眼圖及誤碼率均達(dá)到商用需求。同時(shí)，相比較常規(guī)芯片，其制作過程只需多加一步簡(jiǎn)單的刻蝕，無需二次外延，成本低，做了2000小時(shí)的老化試驗(yàn)，其功率變化小于0.5%，具有高可靠性。
圖1（a）常規(guī)DFB激光器芯片截面圖 （b）新型溝中溝脊波導(dǎo)DFB激光器芯片截面圖 （c）新型溝中溝脊波導(dǎo)DFB激光器芯片概圖 （d）（e）（f）分別為常規(guī)芯片、溝脊距為2μm、溝脊距為6μm SEM圖
圖2（a）（b）（c）25℃、55℃和85℃下不同溝脊距與常規(guī)芯片響應(yīng)曲線對(duì)比（d）25℃、55℃和85℃下不同溝脊距與常規(guī)芯片響應(yīng)帶寬對(duì)比，帶寬可提高3GHz@25℃和3.7GHz@85℃下芯片25Gb/s眼圖（g）25℃、55℃和85℃下芯片背靠背傳輸及10km傳輸誤碼率曲線
圖3（a）（b）25℃和85℃下常規(guī)芯片與溝中溝脊芯片2000小時(shí)老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，功率變化小于0.5%
【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】
（1）高性價(jià)比芯片結(jié)構(gòu)，量產(chǎn)良率高，無需制冷的電信級(jí)高可靠性。
（2）生產(chǎn)過程全國產(chǎn)化，打破國外壟斷。
（3）更高的芯片帶寬，滿足5G應(yīng)用高速應(yīng)用需求。
【資質(zhì)榮譽(yù)】
成果入選 2021 年科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃光電子與微電子專項(xiàng)重大科技成果，參加國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展。
【應(yīng)用場(chǎng)景】
集成到5G光模塊中進(jìn)行應(yīng)用，5G光模塊在戶外5G基站中使用。
【市場(chǎng)前景】
根據(jù)LightCounting預(yù)測(cè)，2026年，全球光模塊市場(chǎng)份額將從2020年80億增至145億美元，同時(shí)根據(jù)賽迪顧問預(yù)測(cè)，我國的光芯片市場(chǎng)規(guī)模將從2020年6.1億元增至2025年182.3億元，市場(chǎng)空間極為廣闊，增速迅猛。
【知識(shí)產(chǎn)權(quán)】
該成果申請(qǐng)多項(xiàng)中國發(fā)明專利，下表是部分展示：
【合作方式】
技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)許可、技術(shù)入股等
【專家介紹】
張敏明，博士，教授，華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院副書記、副院長(zhǎng)，下一代互聯(lián)網(wǎng)接入系統(tǒng)國家工程研究中心常務(wù)副主任，華中科技大學(xué)“華中卓越學(xué)者”，武漢市3551光谷人才計(jì)劃創(chuàng)新人才。2009年博士畢業(yè)于華中科技大學(xué)，2011-2012年美國南加州大學(xué)訪問學(xué)者，研究方向?yàn)楣饣ミB與光接入芯片、器件與系統(tǒng)。主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)、973計(jì)劃課題1項(xiàng)、863計(jì)劃課題4項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金4項(xiàng)和湖北省重大科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng)，以通訊作者在 Light: Science and Applications、Photonics Research、Optics Letters、Optics Express等國際學(xué)術(shù)期刊及國際學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表論文70余篇，授權(quán)發(fā)明專利36項(xiàng)（含美國專利1項(xiàng)）。
【聯(lián)系方式】
成果編號(hào)：CG22033
