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◈ 新一代信息技术科研进展

中国科学院研制出多种高带宽硅光调制器及高速光发射芯片

💡这项突破是什么?

依托等效电路模型协同设计,团队创新性地将由两个互感耦合线圈组成的T-Coil网络嵌入到调制器的寄生参数网络中,基于标准硅光工艺研制出的MRM调制器1 dB电光带宽突破110 GHz,展现了目前硅基微环调制器极高的带宽水平。

图3 高带宽微环调制器结构图及高速眼图

相关成果以'Ultra-High Bandwidth Silicon Microring Modulator with T-Coil Inductive Peaking for >400 Gbps Transmission'为题发表于OFC M2A.2 (2026)。

A3 超紧凑蛇形分段马赫-曾德尔调制器

博士研究生刘倩等针对MZM器件尺寸受限的问题,提出一种基于蛇形分段电极结构的硅基MZM,将三个调制段以蛇形方式排布,配合Ground-signal单臂推挽式行波电极,在约1mm2的紧凑面积内实现了高效电光转换。

测试结果表明,在0 V偏压下,1 dB带宽超过67 GHz,调制效率达到1.14 V·cm。利用该调制器,实验演示了从64 Gbaud到192 Gbaud的OOK信号传输。

图4 蛇形分段电极MZM结构图及高速眼图

相关成果以'High-Bandwidth Serpentine Segmented Silicon Photonic Mach-Zehnder Modulator for 192 Gbaud Transmission '为题发表于OFC W2A.14 (2026)。

A4 1dB带宽大于67GHz马赫-曾德尔调制器

博士研究生刘倩、博士薛锦涛(共同第一作者)等针对MZM调制带宽受限的问题,通过在传统行波电极中引入周期性金属'梯形凸片',构建阻抗匹配网络,显著改善了微波与光波的速率匹配,并增强了电场与光场的空间重叠。

图5 梯形电极MZM结构图及高速眼图

该调制器带宽相比传统结构提升69%;半波电压为4.5 V,调制效率达到0.9 V·cm,相比传统结构提升24%。实验演示了280 Gbps PAM6和256 Gbps PAM4高速信号传输,展示了其在光模块和近封装光学(NPO)等光互连场景中的应用潜力。

相关成果以'A 280 Gbps PAM6 Silicon Photonic Tabbed-Electrode Mach-Zehnder Modulator with Co-Optimized Modulation Efficiency and Electro-Optic Bandwidth '为题发表于OFC Th2A.11 (2026)。

B 大容量阵列硅基光发射芯片

B1 16通道的大FSR的微盘调制阵列芯片

博士研究生鲍慎雷等针对多通道波分复用系统中大自由光谱范围(FSR)受限的问题,研制了一款基于扩展耗尽型硅基MDM阵列的4 Tbps 16通道DWDM光发射机芯片。

团队将MDM的半径缩减至约4.1 µm,成功在O波段实现了19.6 nm的超大FSR。该16通道阵成功支持16×256 Gbps的PAM4高速信号传输。

图6 微盘调制器架构图

相关成果以' A 4 Tbps 16-Channel DWDM Transmitter Using Extended-Depletion Silicon Photonic Microdisk Modulator Array '为题发表于OFC W2A.12 (2026)。

B2 2Tbps(8×256Gbps)量子点激光器与高速率微环调制器协同集成光发射芯片

博士研究生卜祥林等联合中国科学院半导体研究所陈思铭团队、湖南汇思光电科技公司,研制出基于200 GHz间距量子点锁模激光器与级联硅基微环阵列的高度集成DWDM发射机。

团队采用200 GHz间隔量子点锁模激光器提供高质量多波长光源,驱动了8通道硅基微环调制器阵列,实现了单通道256 Gbps的PAM4高速传输,达到超过2 Tbps的单纤速率。

图7 由量子点锁模激光器驱动的8通道发射机架构及高速眼图

相关成果以'An 8×256 Gbps DWDM Silicon Photonic Microring Transmitter Using a 200 GHz Spaced Quantum-Dot Comb Laser '为题发表于OFC M1B.2 (2026)。

B3 2Tbps(16×128Gbps)量子点激光器与高密度微环调制器协同集成光发射芯片

博士研究生卜祥林等联合中国科学院半导体研究所陈思铭团队、湖南汇思光电科技公司,验证了一种由量子点锁模激光器驱动的单总线16通道、100 GHz间隔硅光微环发射机。

图8 由量子点锁模激光器驱动的16通道发射机架构及高速眼图

此外,团队提出了一种基于MRM自身PN结光电流的波长锁定方案,该方法利用调制器本身进行波长监测,无需额外集成监控光电探测器,在实现16个通道与梳线精确对准的同时,显著降低了片上光损耗。

该系统实现了单通道128 Gbps PAM4和单纤2 Tbps的总传输速率,所有通道均保持清晰眼图,且通道串扰低于−20 dB。

相关成果以'A 16×128 Gbps DWDM Wavelength-Locked Silicon Photonic Microring Transmitter Enabled by a Quantum-Dot Comb Laser '为题发表于OFC M2A.4 (2026)。

C 200Gbps 28nm CMOS高速电芯片

面对CPO和光I/O对电芯片能效与带宽密度的高要求,博士研究生杨懿豪等研制出一款适配硅光3D集成的28nm CMOS驱动、放大电芯片。

团队通过协同均衡过峰化与复零点CTLE,发射和接收部分均实现了>60GHz带宽,群延时波动小于2.3ps。发射驱动电路采用非对称偏置驱动级,有效补偿微环调制器非线性,支持200Gbps PAM4光发射;接收跨阻放大电路在单端拓扑下达到65GHz带宽,电学测试成功接收280Gbps PAM4信号。该芯片整体能效为0.67pJ/bit,带宽密度达4.9Tbps/mm²。

图9 28nm CMOS收发机电芯片架构

相关成果以'A 200 Gbps 0.67pJ/bit Transceiver Front-end for silicon-photonics with group delay and nonlinear adjustment in 28nm CMOS '为题发表于RFIC Tu2J (2026)。