【所属领域】

光电信息

【研究背景】

5G新基建是国家的重要发展战略，宽温高可靠的25Gb/s DFB(分布反馈)激光器芯片是5G光传输核心光芯片，也是当前5G建设的卡脖子问题之一。自主可控的5G光模块DFB激光器芯片对解决光通信“空芯化”问题，推进“中国芯”国家重大战略实施，保障我国通信基础设施安全具有重要的经济和社会效益。因DFB激光器的微分增益随温度上升迅速下降，常规的DFB激光器面临严重的高温高带宽瓶颈。面对5G应用要求的-40~85℃的宽温应用场景，常规DFB激光器芯片往往是负荷运行，严重影响可靠性。因此，研制全国产宽温25Gb/s DFB激光器芯片，同时兼顾低成本高可靠需求对推进“中国芯”国家重大战略实施具有重要意义。

【成果介绍】

本成果创新性地提出一种沟中沟脊波导DFB激光器结构，相比较常规DFB激光器，在脊两侧对称的刻蚀两个沟槽。此结构可抑制注入载流子的横向扩散，提高对光场的束缚，提高芯片带宽，满足芯片高速工作需要。通过优化脊与沟槽的距离，可使芯片带宽达到28.7GHz(@25℃)和15.3GHz(@85℃)，芯片的高温输出光功率大于10mW，单模抑制比大于40dB，实测25Gb/s眼图及误码率均达到商用需求。同时，相比较常规芯片，其制作过程只需多加一步简单的刻蚀，无需二次外延，成本低，做了2000小时的老化试验，其功率变化小于0.5%，具有高可靠性。

图1（a）常规DFB激光器芯片截面图 （b）新型沟中沟脊波导DFB激光器芯片截面图 （c）新型沟中沟脊波导DFB激光器芯片概图 （d）（e）（f）分别为常规芯片、沟脊距为2μm、沟脊距为6μm SEM图

图2（a）（b）（c）25℃、55℃和85℃下不同沟脊距与常规芯片响应曲线对比（d）25℃、55℃和85℃下不同沟脊距与常规芯片响应带宽对比，带宽可提高3GHz@25℃和3.7GHz@85℃下芯片25Gb/s眼图（g）25℃、55℃和85℃下芯片背靠背传输及10km传输误码率曲线

图3（a）（b）25℃和85℃下常规芯片与沟中沟脊芯片2000小时老化实验结果，功率变化小于0.5%

【技术优势】

（1）高性价比芯片结构，量产良率高，无需制冷的电信级高可靠性。

（2）生产过程全国产化，打破国外垄断。

（3）更高的芯片带宽，满足5G应用高速应用需求。

【资质荣誉】

成果入选 2021 年科技部国家重点研发计划光电子与微电子专项重大科技成果，参加国家“十三五”科技创新成就展。

【应用场景】

集成到5G光模块中进行应用，5G光模块在户外5G基站中使用。

【市场前景】

根据LightCounting预测，2026年，全球光模块市场份额将从2020年80亿增至145亿美元，同时根据赛迪顾问预测，我国的光芯片市场规模将从2020年6.1亿元增至2025年182.3亿元，市场空间极为广阔，增速迅猛。

【知识产权】

该成果申请多项中国发明专利，下表是部分展示：

【合作方式】

技术转让、技术许可、技术入股等

【专家介绍】

张敏明，博士，教授，华中科技大学光学与电子信息学院副书记、副院长，下一代互联网接入系统国家工程研究中心常务副主任，华中科技大学“华中卓越学者”，武汉市3551光谷人才计划创新人才。2009年博士毕业于华中科技大学，2011-2012年美国南加州大学访问学者，研究方向为光互连与光接入芯片、器件与系统。主持国家重点研发计划项目1项、973计划课题1项、863计划课题4项、国家自然科学基金4项和湖北省重大科技创新计划项目2项，以通讯作者在 Light: Science and Applications、Photonics Research、Optics Letters、Optics Express等国际学术期刊及国际学术会议上发表论文70余篇，授权发明专利36项（含美国专利1项）。

【联系方式】

成果编号：CG22033