紧凑型高速宽带SOI片上光交换矩阵的基础研究

片上光交换矩阵是片上光互连网络中的核心部件，承担着片上高速光信号的路由控制功能。本项目拟基于的高性能SOI基光开关，开展紧凑型、高速、宽带的片上光交换矩阵的基础研究：为实现超紧凑的光开关，研究光场与载流子的作用增强机制，优化光开关掺杂、欧姆接触和波导结构以提高电光效率，缩减器件尺寸；为实现10ps量级的开关时间，研究硅中载流子的高速输运机制，探索载流子寿命、驱动信号、阻抗匹配等因素对开关速度的影响；为实现>100Gb/s的传输带宽，研究高速光信号在各种光波导中的延迟、衰减与畸变现象，分析各种光学结构对传输带宽的影响；研究有源与无源器件间的高效耦合、光学交叉与隔离技术，掌握微电子CMOS兼容的光子集成芯片的关键制造工艺，基于紧凑的无阻塞型光开关拓扑架构，实现多个开关单元和多种功能器件的大规模单片集成，研制出硅基片上光交换矩阵的原型芯片，为高密度、大容量、低功耗的片上光互连网络奠定基础。

本团队在项目执行期内根据主要研究内容按预期进度顺利完成了计划任务。在硅基光开关器件的模拟仿真、高频电学特性分析与参数提取、核心元部件的创新设计与优化、高速多端口硅基光开关的CMOS工艺制备与测试等方面均开展了研究并取得较好进展。相继提出了提出了创新的插指型PN结电光调谐结构，实现了<10ps的光开关效应，并最终完成了4×4与5×5硅基光交换芯片的研制与测试，实测性能达到并部分超过了项目预期目标。此外本项目部分技术应用于硅基光调制器，实现了速率达70Gb/s的硅基光强度调制器，为目前国际上硅光调制器速率的最好结果。