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日本产综研采用半导体技术开发出芯片面积在1mm2以下的光开关 |
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| http://cn.newmaker.com
4/28/2011 9:06:00 AM
日经BP社
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日本产业技术综合研究所于2011年4月25日宣布，采用半导体技术开发出了芯片面积在1mm2以下的光开关。与原来由单个部件构成的产品相比，面积降至万分之一以下。据产综研介绍，现已证实，利用该元件能够从由40Gbps的4信道时分复用而成的160Gbps光信号中选出指定信道。
光开关是指，像铁路道岔一样，对输入光线的输出端进行切换的波导路。过去的光开关大多采用通过光程差来干扰光的马赫-曾德尔（MZ）型干涉仪。不过，存在的课题是不容易实现小型化和集成化。
此次开发的光开关结合了利用光的相位调制技术和干扰反射光的迈克尔逊干涉仪。元件面积最小为0.3mm2。采用MZ型干涉仪的光开关，其干涉部分的面积为约10cm2，而此次开发的光开关尺寸降至其万分之一以下。之所以能够减小尺寸，最主要的原因是“通过将干涉仪换成迈克尔逊型干涉仪，使相位调制部分与控制光的导入部分得以贴近”（产综研）。另外，使用MZ型干涉仪时，利用现有技术很难像此次这样集成在1个芯片上。
利用子带间跃迁将处理速度提高到1000倍
利用光的光相位调制技术也叫做全光相位调制。这是利用子带间跃迁（ISBT）原理实现的。ISBT指在半导体的各价带或导带中出现的能级（子带）之间进行能量跃迁。与价带和导带之间的跃迁相比，激发的电子释放出晶格振动（声子）后返回基态子带的概率很高，从激发到缓解的时间非常短，只有数ps。也就是说，通过利用这种ISBT才能将光相位调制技术应用于超过100Gbps的高速数据传输处理上。而在价带与导带间的跃迁中，从激发到缓解需要数ns时间，只能实现数百MHz左右的数据处理。
之所以能利用ISBT控制光相位，是因为达到激发状态时，波导路的折射率会发生改变。要想达到激发状态，控制光要采用光的磁场与量子肼平面平行的“TM（transverse magnetic）偏振波”。而电场与量子肼平面平行的TE（transverse electric）偏振波则作为信号光使用。因TE偏振波与ISBT无关，因此能够明确分清控制光和信号光的作用。
相位控制的效率也提高到10倍
产综研过去一直在利用ISBT研发光相位控制技术。实现ISBT的量子肼结构的是在InP基板上层叠III-V族的半导体层。据产综研介绍，此次通过调整设计，将原来带隙波长为1200nm左右的调整到1450nm左右，从而使相位调制的效率也提高到了原来的约10倍。产综研表示最近发现“带隙波长越接近信号光的波长，相位调制的效率就越高”。（记者：野泽 哲生）
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