Y10T267 光通信发展趋势：一页行走的元素周期表
2024年我还有一个大任务，任务之“大”是压力，但“一个”就成了解压神器，今年最后一期，
前两天让列下关键词，这个过程挺有意思的，一页元素周期表就能行走天下。
所谓趋势，就是聊清楚从哪里来，往哪里去？，这是需求的层面
从哪里来，聊的是故事，往事，历史，这个最简单了
往哪里去，聊的就是趋势，方向与目标，就得拆分成几个逻辑
去的目标是什么？
大带宽、大容量、低成本、高可靠、低功耗....
遇到的瓶颈是什么？
目前技术的带宽不足、目前技术的载波容量不足、提升带宽导致的传输距离受限、优化带宽导致的功耗增加可靠性降低....
就需要解决大带宽、解决大容量、解决长距离、解决低成本、解决可靠性.....，在不同的细分方向上，目标的重点和优先级也产生动态变化
实现目标的途径是什么？
解决大带宽的途径：铌酸锂薄膜化、晶圆级光电封装的小型化.... 这些方式可以提高带宽
解决大容量的途径：超宽谱波分复用技术、宽谱放大技术....这些方式提高单纤荷载的信息容量
......
一层层剥离下来，就发现底层材料的特性，既是目前发展的瓶颈，也是未来解决的方案
很多的技术落点在一页元素周期表内
未来的干线传输，超大容量的相干通信的发展趋势，经常提到的一个词，薄膜铌酸锂
曾经的铌酸锂材料带宽受限，现在如火如荼的铌酸锂薄膜化，牵扯着终端客户，中间产业制造商以及学术研究单位的目光。
与铌酸锂结构相似的铁电材料，具有更大带宽的钛酸钡薄膜，也被纳入新材料的选项中，钛酸钡如何实现，其可靠性风险如何处理....，是其能否站在铌酸锂旁边所需要解决的困境。
提高带宽，频谱会被展宽，就需要更大跨段的光放大器，之前的铒离子增益光纤用了三十年，现在研究的是“增益”离子是否要添加与铒离子同在稀土系的铈离子? “光纤”的玻璃组分从硅酸盐、磷硅酸盐玻璃的研究基础上，是否增加碲酸盐玻璃的研究？
碲基玻璃，掺入铒离子、铈离子，可以增加L波段、L+波段的增益。
那还有钬离子、铋离子、镨离子....等等用于增益光纤的离子与通信的放大波段的研究。
AI人工智能数据中心，会提到800G、1.6T的高速光模块，也会提到LPO、LRO、CPO、DPO、OIO等等词，这些封装的应用与铜作为电信号线的高频损耗极其相关。
高速光模块需要提高通信带宽，带宽增大，导致电信号高频趋肤，损耗增大，需要提高电信号的功率。
大功率的光模块，就有了“降功耗”的需求与发展趋势。就有了LPO的低功耗技术路线的提出。就有了CPO、LPO、LRO这些低功耗技术路线之间的优劣势权衡。
高频趋肤是金属导线的共有特性，但铜的广泛应用，就绕不开这个材料的极致研究，铜箔的粗糙度与射频信号的散射损耗，铜的杂质组分与射频损耗、铜晶体分布与晶间电磁波反射、铜的膨胀系数导致的层间开裂、化学铜/电解铜层间分布......
AI场景下，使用大带宽光学器件是趋势，也导致对铝材料的深入研究。
200G VCSEL，如果沿用传统的铝氧化限制环的工艺，可靠性风险增大，如何规避可靠性风险是个趋势，放弃铝氧化的工艺采用光刻及二次外延，是另一个趋势。
InP基光学芯片，DFB、EML、SOA..., 用含铝材料AlGaInAs来提高微分增益，铝的极其活泼的特性引起的可靠性风险，如何处理也是一个研究重点。
接入网的PON，低成本是趋势，取消隔离器是降成本的解决途径之一。
对反射敏感是量子阱技术光栅谐振腔才有的特性。
在基于量子阱技术的基础上，改善光路耦合端面设计、采用新型芯片结构可以提高抗反射能力。
未来采用量子点技术彻底替代量子阱结构，那就从根本上取消了对于“抗反射”的要求。量子点技术理论上就对反射不敏感。现在研究的是砷化铟量子点技术在光纤通信的应用。
提高分支比，增大带宽，都是降低接入成本的解决途径，这些都需要提高功率预算，而提高功率预算需要发射端增加功率，接收端优化灵敏度。
前两天写高灵敏度的APD探测器的低噪声材料，其中锑材料的研究与应用，很重要。
高速光芯片的封装工艺，射频信号的处理，就需要大规模的了解金属材料之间的扩散、寄生参数引起的电磁波振荡，材料的氧化与可靠性问题。
比如，金和铜之间的扩散很快，不能直接连，需要镍做隔离层。
金和镍在高温下扩散很快，适合低温工艺，不适合高温工艺，如果需要高温则可以增加钯做为隔离层
铝是芯片常用的焊盘材料，铝与金线之间的合金层有可靠性风险，铝的氧化影响金的键合力....
铜基钎焊工艺需要较高温度，现在研究银基焊料来降低工艺温度，提高可靠性，也是研究重点。
陶瓷是很好的射频基板，但需要高温烧制，耐高温的钨、钼不是很高的高频金属线材料，那就需要考虑低温金、银线与低温陶瓷的烧制工艺。
光学芯片的气密封装，是延续了几十年的传统工艺，气密腔的氮气的惰性，以及压氦检测气密的技术，也是光学封装工艺不少或缺的一个环节
只要提到光通信，就会遇到一个词“三五族”，磷化铟、砷化镓、铟镓砷磷、铝镓砷、铟镓砷、铝镓砷磷、铟砷......，这些化合物材料的特性，展开来的话，是好几个光学专业。
光模块的一个快速增长的细分市场，硅光集成光模块，用的是四族元素，以硅为波导、调制器等基础元素，增加锗为探测器的主要元素...，形成了四族元素在集成光学与集成电学的深入研究。
一页行走的化学元素周期表
