调制器与探测器

锗探测器

Germanium Photodetector · Ge PD
图解Ge PD

定义

在硅波导上外延锗材料制成的探测器,是硅光平台实现片上接收的主流方案。

图解

硅光 PIC 的典型构成 · 硅自己不会发光,光源必须从外面来外置光源InP CW 激光器ELS硅光芯片 SiPh PIC · CMOS 晶圆级制造光栅耦合器或端面耦合分束 / 合波MZI · AWG调制器阵列MZM / 微环探测器阵列Ge PD硅波导 · 无源光路(把以上器件连起来的那层)电接口 / DSP驱动与跨阻把上排的「调制器阵列」换成 TFLN 薄膜铌酸锂调制器,就是当前最受关注的异质集成方案。CPO/NPO 的底座通常就是这块芯片,它决定了整机能不能做小、做便宜、做量产。
硅光芯片典型构成 硅光芯片把调制器、探测器、分束器、波导做在同一片硅上,用 CMOS 产线量产,这是它能做到低成本高集成的根本原因。但它不能自己发激光——光源必须从外部引进来,这就是「外置光源 ELS」在 CPO/NPO 方案里反复出现的原因。

说明

锗(Ge)探测器是硅光平台上最常用的光探测器。原因很直接:硅在通信波段几乎不吸收光,而锗可以在 1310nm 与 1550nm 波段有效吸收,因此在硅光工艺中通常会在波导上外延生长一层锗来做探测。

把探测器与波导集成在一起(波导集成探测器)是硅光的关键能力之一:光在波导中传输时被锗层逐渐吸收并转换为电流,不需要额外的耦合结构,因此可以实现高密度阵列。

在 CPO/NPO 光引擎中,探测器阵列与调制器阵列通常成对出现,分别负责接收与发射。它们的带宽与暗电流指标共同决定了光引擎的接收性能。

关键数字

1310 / 1550nm锗的有效吸收波段
硅不吸收必须在硅上外延锗的原因
波导集成遂光吸收、无需额外耦合

关键要点

  • 解决硅本身在通信波段吸收效率低的问题。
  • 锗与硅的晶格失配导致外延工艺难度高,是硅光良率的关键环节之一。
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