近日，中國移動研究院成功自主研制出首款新結(jié)構(gòu)硅基外腔混合集成光源芯片。該芯片憑借34.2 Hz本征線寬（衡量信號頻率穩(wěn)定性的核心指標(biāo)），實現(xiàn)了相位噪聲比現(xiàn)有產(chǎn)品降低三個量級（本征線寬從數(shù)十kHz降低到數(shù)十Hz）的突破性進(jìn)展，為T比特級（每秒可傳送萬億比特數(shù)據(jù)）下一代光傳輸激光器演進(jìn)提供了全新解決方案。其研究成果“Sub-Hz linewidth fully integrated photonic microwave generation based on low noise hybrid InP/Si?N? comb laser”被光學(xué)領(lǐng)域頂級學(xué)術(shù)期刊Photonics Research錄用（影響因子7.2，中科院1區(qū)TOP）。

面向T比特級代際演進(jìn)，“擴(kuò)波段”和“提速率”是兩個首要挑戰(zhàn)。一方面，頻譜需在現(xiàn)有C+L波段基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展，潛在的S+C+L波段覆蓋范圍將由100nm提升到180nm；另一方面，信號波特率將有望由130GBaud提升至200GBaud。以上兩點均對T比特級代際演進(jìn)中光傳輸芯片的性能提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。同時，相較于相對成熟的電芯片，光芯片的創(chuàng)新往往依賴于新物理機制與新材料突破。因此，開展光傳輸基礎(chǔ)芯片創(chuàng)新研究，對中國移動把控下一代光傳輸技術(shù)演進(jìn)、引領(lǐng)T比特級代際革新具有戰(zhàn)略意義。

中國移動研究院以T比特級高速相干光通信的“引擎”——可調(diào)諧窄線寬激光器為核心突破口，系統(tǒng)性地布局超寬譜、超高速光傳輸基礎(chǔ)芯片研究。針對T比特級波段擴(kuò)展和速率提升兩大核心挑戰(zhàn)，團(tuán)隊通過三大技術(shù)創(chuàng)新突破了傳統(tǒng)方案的瓶頸，實現(xiàn)波段覆蓋提升100%、線寬降低三個量級的性能提升，為T比特級光傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定堅實的高性能芯片基礎(chǔ)。

自研硅基外腔激光器(a)晶圓及(b)芯片（片上刻蝕CMRI標(biāo)識）

第一，新型外腔結(jié)構(gòu)，無損擴(kuò)展調(diào)諧范圍。創(chuàng)新提出“反向游標(biāo)”結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)調(diào)諧范圍倍增的同時不引入額外差損，解決了傳統(tǒng)方案在寬譜調(diào)諧與精細(xì)化選頻之間的結(jié)構(gòu)性矛盾。該芯片可實現(xiàn)超200nm超寬譜調(diào)諧，相比現(xiàn)有商用產(chǎn)品提升100%，能夠支持T比特系統(tǒng)中S+C+L乃至更寬波段的一體化覆蓋。

第二，攻克增益瓶頸，實現(xiàn)多波段無縫切換。提出多波段增益耦合結(jié)構(gòu)，突破傳統(tǒng)方案中單增益芯片對波段范圍的限制，并通過一體化外腔選頻設(shè)計，實現(xiàn)多波段無縫切換。

第三，低損氮化硅諧振腔，線寬性能實現(xiàn)突破。采用超低損耗氮化硅諧振腔混合集成技術(shù)，實現(xiàn)小于百Hz的超窄洛倫茲線寬，僅為現(xiàn)有商用產(chǎn)品的千分之一，可將通信中相位相關(guān)數(shù)字信號處理開銷降低三個量級。

項目團(tuán)隊歷經(jīng)三年攻關(guān)，全程主導(dǎo)從結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)仿真到版圖布局、流片封裝、原型驗證全流程研發(fā)，先后完成兩次晶圓迭代流片以及七次原型封裝驗證，編寫芯片核心結(jié)構(gòu)代碼數(shù)千行。在實現(xiàn)調(diào)諧范圍、線寬等關(guān)鍵性能指標(biāo)突破的同時，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和版圖布局，將芯片面積縮減90%，達(dá)到1.5mm×4mm，且兼容標(biāo)準(zhǔn)的緊湊型nano封裝，具備產(chǎn)品化應(yīng)用前景。該芯片是中國移動首款全自研光源芯片，從設(shè)計、制備到封裝均在國內(nèi)完成，實現(xiàn)了全鏈條自主可控。

未來，中國移動研究院將持續(xù)深化光傳輸芯片基礎(chǔ)研究，強化自主可控技術(shù)攻關(guān)，攜手產(chǎn)業(yè)伙伴加速技術(shù)成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用推廣，為構(gòu)建高品質(zhì)傳輸網(wǎng)絡(luò)筑牢核心創(chuàng)新基石。