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高集成度硅光集成空间交换技术.docx
资料介绍
一、技术概述
高集成度硅光集成空间交换是基于硅基光子集成平台实现空间光信号路由切换的新一代光交换技术，依托硅材料优异的光学、电学和加工兼容性，将大规模空间光交换单元、调控单元、耦合单元与光信号处理单元单片集成，突破传统机械光交换、分立器件光交换在体积、功耗、响应速度和集成度上的瓶颈，为数据中心互联、5G/6G光传送网、星上光交换、超级计算光互连等场景提供高容量、低延迟、高密度的交换解决方案。
相较于传统电交换技术，硅光集成空间交换直接在光域完成信号路径切换，避免了光-电-光转换带来的功耗开销与速率瓶颈，能够支持Tb/s级单通道信号交换；相较于基于分立光学器件的空间光交换系统，硅光平台的高集成度特性可将数千路交换单元集成在尺寸仅为数平方厘米的芯片上，系统体积缩小数个数量级，同时大幅降低系统耦合损耗与组装成本，适配新一代通信与计算系统对小型化、低功耗的核心需求。
二、核心技术基础
2.1 硅基光子集成平台工艺
硅光集成依托互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容工艺实现器件制备，这是实现高集成度的核心基础。当前主流的硅光工艺基于绝缘体上硅（SOI）衬底，顶层硅厚度通常为220nm，埋氧化层厚度为2μm，利用深紫外光刻、电子束曝光、干法刻蚀等工艺制备光波导与功能器件，工艺线宽可兼容180nm、90nm乃至更先进的CMOS工艺节点，能够实现更高密度的器件集成。
硅光平台支持多种无源、有源器件的单片集成：无源器件包括硅光波导、MMI耦合器、阵列波导光栅、刻蚀衍射光栅等；有源器件包括硅基电光调制器、锗硅光电探测器、加热型热光移相器等，所有器件可通过一次流片完成制备，大幅降低了多器件组装带来的损耗与复杂度，为大规模空间交换阵列的实现提供了工艺支撑。
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