硅光子学
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中国光学期刊网
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综合
评述
光子学
Vol.43,No.9
Sept.2006
Review
硅光子学
SiliconPhotonics
邱元武
(
同济大学物理系，上海
200029)
QIUYuanwu
(DepartmentofPhysics,TongjiUniversity,Shanghai 200029)
摘 要 硅光子学有六个主要研究领域，包括产生光、在硅中选择地引导和传输光、编码光、探测光、包装器件和
智能地控制这一切光子功能。综述了以上各领域的研究进展。
关键词 光子学；硅光子学；光子技术应用
Abstract
Forsiliconphotonics,therearesixmaininvestigationareas,includinggeneratinglight,selectively
guidingandtransportinglightwithinsilicon,encodinglight,detectinglight,packagingdevices
andintelligentlycontrollingallofthesephotonicfunctions.Theprogressintheabovefieldsis
reviewedbriefly.
Keywords photonics
；
siliconphotonics
；
applicationsofphotonictechnology
中图分类号
O572.31
1
引言
在过去的几十年中，电子学
的硅化改变了世界的面貌，今天，
实际应用于传输数据的光子器件
数目还相当少，带宽的需求将达
到铜互连接的极限，而光互连接
技术具有巨大的数据容量、远的
传输距离和对电磁干扰和串音不
敏感等优势。然而，在目前状况
下，光子学无法面对价格敏感的
计算机和服务器水平连接的挑
战，光子学需要新途径、新技术和
重大突破。
长期以来硅已用于光学传输
和滤光。最近，硅光子学的研究已
在开关、探测、调制、波长转换、放
大甚至激光器件等领域中显著地
提高了性能。在更多诸如磷化铟
等传统光学材料中，集成通常要
求材料的再生长工序，从而降低
了产出，所以今天的商品极少在
单个芯片上含有多于一个器件。
如果光子器件可以用硅多层芯片
和用为现有的
CMOS
微电子多层
芯片设计的工具和设施来做，则
低成本将成为可能，当 然 ，要实现
这个目标还会遇到障碍，用
CMOS
制造设施生产硅光子产品
在器件性能、制 造 、可靠性和组装
中还有一系列需要解决的挑战。
硅光子学的研究主要有六个
领域，包括产生光、在硅中选择地
引导和传输光、编码光、探测光、
包装器件和智能地控制光子功
能。
2
光源
因为硅是非直接带隙半导
体，传统上认为是不能做成激光
器的。最近，美国
Intel
公司的研
究人员用由标准
CMOS
技术制成
的硅波导，演示了第一个基于受
激拉曼散射的连续波光学放大器
和激光器
[1]
。这 不 仅说明硅可以做
成放大器和激光器，而且也标志
在单个硅基片中单块集成电子和
光子线路的里程碑进展。
为制成光放大器和激光器，
必须用电或光抽运激活介质实现
光增益。拉曼散射提供了在介质
中建立光增益的方法，事实上，基
于拉曼效应的光纤放大器和激光
器已有商品。拉曼效应涉及入射
光子和样品中诸如声子
(
晶格振
动
)
、电子单粒子或集合激发的准
粒子激发，造成样品的发射频率
与入射频率有频移的光。频率下
移
(15.6THz)
的拉曼散射
(
称为斯
托克斯散射
)
与硅中的光学声子
相联系，在硅中对应的受激拉曼
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