Y10T325 硅光调制器的损耗很大，都损耗在哪里了？
光纤桥接方案，出现激光器与光纤耦合，光纤与集成芯片耦合，耦合损耗约4.5dB左右。
自由空间耦合，也就是Free space方案，耦合损耗1.5-3dB之间，与厂家的设计制造工艺能力有关。
集成方案耦合损耗很低，这种方案厂家很少，以Intel为主，Intel提供的数据约0.5dB。
都说硅光方案，损耗很大，今天用800G DR8其中一个案例来解释一下具体的损耗。
Y10T323 什么叫硅光芯片的“Free Space”方案？
我还是用前两天提到的1拖4的800G DR8 MZ调制器结构的硅光方案来做案例吧。
按某一家的数据，看一下损耗的分类
首先，800G DR8，业内常用的方案是EML方案，EML与并行单模光纤耦合，有个耦合损耗。这就完事儿了，有些厂家工艺能力很强，用的也是很好的高耦合效率的透镜，那耦合损耗就可以很低，反之，耦合损耗就大一些。
如果换成集成芯片方案，无论是硅光集成，还是InP集成，或者薄膜铌酸锂集成，都有一个插入损耗，也都挺大的。
《2023合集》 AOI基于TFLN的800G LPO，AOI用的薄膜铌酸锂方案，800G DR8 LPO的设计，从激光器到集成芯片到光纤，整个插入损耗19dB，嗯，1拖4与1拖8之间的固有3dB的损耗差异，也就是换成1拖4的方案，这个插入损耗是16dB
硅光集成方案的插入损耗大，其中“硅”“光集成”，这俩因素分开的话，光集成本身的插入损耗是很大的。
咱们继续，一个一个的拆开
激光器到硅光芯片的耦合损耗，业内方案特别多，我按常用的三类来做对比
前天提到的国内常用的Free space方案，这个耦合损耗算是中等
激光器与硅光集成芯片的耦合损耗，不是硅特有的损耗，而是集成芯片都需要考虑的损耗。
波导尺寸较大的集成芯片，如体铌酸锂MZ调制器，如厚硅工艺MZ调制器等等，耦合损耗较低。这两类基本退出咱们调制器行列了，可以不考虑。调制带宽不够。
波导尺寸较小的集成芯片，如InP集成MZ调制器，薄膜铌酸锂集成MZ调制器，薄硅集成MZ调制器等等，是现如今大带宽器件的三种集成方案，都是薄膜工艺，耦合损耗都挺大的。
激光器与硅光集成芯片的耦合损耗，不是硅特有的损耗，而是集成芯片都需要考虑的损耗。由于硅可实现更薄的薄膜处理，这个耦合损耗略比InP集成MZ结构大一丢丢，且行业不断研究的发展，这三个薄膜工艺与激光器或光纤的耦合损耗，基本持平，不分伯仲
再来看一下分支比损耗。
只要是1拖4，那么每个调制器最理想，能分到25%的光能量，换算一下，10log（0.25）=-6dB，我们一般把-6dB叫做6dB损耗。
损耗就是“-”
1拖2，固有3dB损耗
1拖4，固有6dB损耗
1拖8，固有9dB损耗
同样的，分支比损耗与材料无关，也就是说，1拖4选择InP材料，或者硅材料，或者薄膜铌酸锂材料，只要是这种结构设计，就存在这种损耗。
接着聊，片上的无源波导损耗
先说有源波导与无源波导的区别，有源波导的有源，是咱们要给它供电，加电压产生调制，无源波导则不加电，只做波导。
先聊无源波导的损耗。
硅本身的材料在单模通信波段的损耗，其实很小，所谓的材料损耗就是原子级别与光量子之间产生的漫反射，还有就是硅外层电子有机会吸收光子，亲，通常状态下，这个机会很小。
反向证明一下呢，就是早期的硅光是厚硅技术，硅波导层有3-4微米厚，其波导损耗<0.1dB/cm
当行业逐渐从厚硅向薄硅发展，就是3μm厚度向0.2μm厚度发展，目的是提高调制带宽。
薄硅与厚硅，材料并没有改变，可以反向证明薄硅损耗大，不是材料的原因，而是结构导致的。
好，回到结构损耗。
波导要弯曲，会产生弯曲损耗，这是破坏了光全反射的条件，导致一部分光无法实现“内全反射”，产生的损耗。
波导侧壁粗糙度，是微观的“弯曲”，也叫作微弯损耗。这是无源硅波导损耗的主要因素。
因为薄硅工艺的波导更细更小更薄，对侧壁平滑度的要求增高，可受限于生长制造水平，这个微弯损耗，或者叫侧壁粗糙度导致的损耗，很大。
既然叫结构损耗，那么也与材料无关
体铌酸锂的损耗很小，走向薄膜化后损耗也增大了。
另一方面，随着产业的发展，侧壁粗糙度可以让它们变得越来越平滑，降低这个结构损耗。
这就衍生了硅波导的热氧化平滑工艺，氢退火平滑工艺，湿刻（也就是腐蚀）平滑工艺......
几年前，条型薄硅波导的损耗约2.5dB/cm，现在这个损耗已有厂家优化到~0.7dB/cm，产业么，总是要不断发展的，哈。
亲，看一下单位啊，是dB/cm
今天提到的1拖4的800G DR8，波导长度约几个毫米，所以无源波导的损耗预估0.5dB
聊完无源波导的损耗，再聊有源波导
硅的调制，调的是电场通过载流子浓度，改变折射率。 硅是半导体，可掺杂离子形成P型硅或N型硅。掺杂离子对光有吸收现象，导致了掺杂载流子的产生的损耗。
每立方厘米的载流子浓度在10的20次方，则吸收损耗是几千dB/cm
每立方厘米的载流子浓度在10的19次方，则吸收损耗是几百dB/cm
每立方厘米的载流子浓度在10的18次方，则吸收损耗是几十dB/cm
我们通常选择几十dB/cm那一档就好了，不敢太大。
可也不敢太小，掺杂浓度小，调制效率低，带宽降低。
~~~，半导体掺杂，掺杂的离子产生吸收损耗，可但是，InP集成MZ结构，也是半导体方案啊，那为什么硅的半导体比InP的半导体有优越感么？
是的，它俩的半导体结构不一样。InP MZ结构的调制器，有PIN型、NIPN型，这个I是不掺杂的波导层，掺杂的P或N分布在波导的上下层。
也就是光波导绝大部分区域处于不掺杂的本征区的。
而硅现在用的载流子耗尽型的方案，光波导区域是做了掺杂处理的，所以吸收损耗很大。
这说的是载流子耗尽型，早期硅调制器有载流子注入型，在P型硅与N型硅之间有一块“不掺杂”的区域的，载流子注入型调制器带宽不够大，后来就都选择了载流子耗尽型。也就是把不掺杂的那一块硅，也掺杂处理，提高带宽，牺牲的就是损耗。
InP的调制原理，与硅不一样。InP有泡克尔斯效应电光调制效应，硅没有，硅只能利用载流子浓度硬刚
小结一下这俩半导体调制器的无源波导损耗与有源波导损耗
硅的无源波导损耗，这里特指的是薄硅工艺体系，早期薄硅工艺能力有限，导致无源波导损耗较大，随着产业逐步优化，慢慢也降下来了。
硅的有源波导损耗，是各个厂家头疼的事儿，掺杂浓度选多高很纠结，手心是带宽，手背是损耗，手心手背都是肉。
硅光芯片与光纤的耦合损耗，今天先不写，这是个更啰嗦的话，下次找时间慢慢展开。
