半导体所“光网络用光分路器芯片及阵列波导光栅芯片关键技术及产业化”项目荣获国家科技进步奖二等奖

信息网络技术是衡量一个国家综合实力和国际竞争力的重要标志,其中光电子芯片在整个信息网络中处于无可替代的重要地位。平面光波回路(PLC)光分路器芯片和阵列波导光栅(AWG)芯片是支撑信息网络建设的核心光电子芯片之一,光分路器可实现居民小区内高速光信号分支和分配,AWG可实现主干网和城域网多个波长光信号的合波或分波,可充分利用光纤的带宽提高网络通信容量。由于光分路器芯片功率分配不易控制、AWG芯片输出谱平坦度差、波长随温度漂移及产业化平台薄弱等难题,在我国宽带光网络建设初期,每年所需的上千万个芯片全部从韩国、日本及以色列进口。

在国家“973”、“863”计划及国家发改委资助下,项目团队经过十多年刻苦钻研,在光分路器芯片及AWG芯片设计、工艺及产业化等方面取得重大突破,实现了宽带网络核心光分路器芯片及AWG芯片的全面国产化,打破国外垄断,其中光分路器芯片更是占全球50%市场份额。取得的主要创新点如下:

1提出光分路器新结构,实现了结构紧凑和任意分光比:首次提出了三分支和Y分支树型级联形成光分路器新结构,减少了级联级数,使传统1×5芯片长度减小2mm,实现了任意分光比光分路器,增加了光纤到户组网灵活性。

2提出降低光分路器插损的新方法:首次发现Y分支插损随窄波导长度周期性振荡规律,解决了光分路器大角度倾斜分光均匀性差及复杂模场高换转损耗等难题,使典型1×8光分路器插损降低0.3dB,通道均匀性提高0.25dB,使接入网中光功率损耗降低6.7%。

3提出提高AWG性能的新方法:国际上率先通过修正传统AWG的输出罗兰圆结构,解决了AWG输出谱边缘通道响应峰偏斜及损耗增大的难题,使通带内平坦度小于0.5dB,损耗均匀性小于1dB,大幅降低了传输网中AWG不同波长光功率波动对系统的影响。

4提出AWG新型切割及封装新方法:首次提出了AWG芯片曲线切割技术,使晶圆上芯片数量增加一倍。通过使用合适硬度的粘结剂及局部粘结曲线形AWG芯片封装新方法,解决了应力导致曲线切割AWG芯片易于变形和波长漂移的关键技术难题,实现了低成本、高性能有热AWG模块封装。

5建成国际上规模最大的光分路器芯片及AWG芯片产业化平台:自主开发了光分路器芯片及AWG芯片工艺技术,结合国内IC设备供应商,在二氧化硅厚膜材料生长、深刻蚀及低应力处理等关键工艺和设备方面取得重大突破,生产效率提高45%,生产成本降低30%,年产芯片达4000万个。

该项目获国家发明专利17项,国内通信行业标准2项,发表论文100余篇。

该项目光分路器及AWG产品近三年新增销售9.36亿元,新增利润0.96亿元,推广应用企业烽火通信、亨通光网等新增销售53.9亿元,新增利润4.3亿元。在大幅提升光分路器性能的同时,迫使国际芯片价格下降了90%,为我国宽带建设“提速降费”及信息安全提供了保障,为光纤通信事业做出了重要贡献。