Hoy en día, los módulos ópticos están iterando rápidamente de 800G a 1.6T y 3.2T, y los materiales de chips ópticos y las rutas de integración se han convertido en los puntos centrales de competencia en la industria.

El fosfuro de indio (InP), los láseres modulados por electroabsorción (EML), la optoelectrónica basada en silicio (SiPho/fotónica de silicio) y el niobato de litio de película delgada (TFLN) no son sustitutos paralelos, sino más bien una cadena de apoyo progresiva de "sustrato de fuente de luz - dispositivo integrado de gama alta - solución híbrida de reducción de costos - portador de modulación de alto rendimiento de próxima generación"!

I. Cuatro conceptos clave

II. Enlace completo de emisión y modulación de luz: Lógica del InP→EML→Fotónica de silicio

El proceso central de los módulos ópticos para completar la transmisión de datos consta de dos pasos: 1. Generar luz láser en la banda de comunicación (emisión de luz, que solo puede lograrse mediante InP); 2. Controlar la intensidad de la luz con señales eléctricas (modulación, que se divide en tres rutas técnicas). La relación entre los cuatro pasos se basa enteramente en la división del trabajo de "emisión de luz-modulación".

Ruta 1: Integración monolítica de todo InP – Solución EML (Ruta de larga distancia de gama alta)

Todo el enlace de transmisión depende totalmente de InP, sin unión heterogénea y sin fuente de luz externa.

Los pozos cuánticos múltiples DFB se cultivan epitaxialmente en sustratos de InP para generar directamente luz láser continua de ancho de línea estrecho de 1550 nm al encenderse.

La región de modulación por electroabsorción EAM se graba en la misma oblea, y las señales ópticas se encienden y apagan rápidamente mediante voltaje.

El chip integra guías de ondas, detectores y amplificadores ópticos, lo que resulta en una pérdida de acoplamiento de trayectoria óptica extremadamente baja y una diafonía mínima.

Escenarios aplicables: interconexión de larga distancia para proveedores de nube, módulos ópticos coherentes, serie 1.6T DR/FR; las ventajas son la mejor calidad de señal y la mayor distancia de transmisión; las limitaciones son la escasez de capacidad de InP y el alto costo, que impiden el despliegue a gran escala.

Ruta 2: Emisión de InP + modulación de silicio – Solución híbrida de fotónica de silicio (ruta de reducción de costos para distancias cortas a medias)

Al separar la emisión de luz y la modulación, y reemplazar la mayoría de los dispositivos de InP con silicio, se pueden ahorrar sustratos escasos.

Los láseres CW de InP independientes se fabrican por separado, produciendo una salida láser continua y pura;

El haz láser se acopla al chip fotónico de silicio a través de fibra óptica;

El modulador MZM/microanillo basado en silicio cambia la fase óptica para completar la carga de la señal; el receptor se basa en un detector de germanio sobre silicio para recibir la luz.

Escenarios aplicables: El posicionamiento de la industria es una solución rentable para la interconexión de racks de paso corto de 800G e inferiores. En 2026, la cuota de mercado de los módulos de fotónica de silicio ha superado el 50%.

III. Ventajas principales del niobato de litio de película delgada (TFLN) y sus funciones complementarias a las soluciones existentes

El TFLN no reemplaza al InP, sino que optimiza las etapas de modulación de la fotónica de silicio y EML, ofreciendo tres ventajas de rendimiento abrumadoras sobre los moduladores de silicio e InP:

(1) Ancho de banda de modulación ultra alto: el coeficiente electroóptico alcanza los 31pm/V, el ancho de banda de modulación de onda viajera supera los 110GHz, y un solo canal puede soportar una tasa de más de 240Gbaud, superando con creces el límite superior de 60-70GHz de la fotónica de silicio, y es compatible con módulos de ultra alta velocidad de 3.2T y superiores.

(2) Bajo consumo de energía y bajo voltaje de excitación: El voltaje de media onda se reduce a menos de 1V, lo que alivia en gran medida el problema de generación de calor de alta frecuencia, resuelve el cuello de botella del consumo de energía de la fotónica de silicio y cumple con los requisitos de bajo consumo de energía de los centros de datos de IA;

(3) Excelente linealidad de señal: sin distorsión por dispersión de portadores en la respuesta electroóptica, baja pérdida de señal bajo modulación de alto orden y mejor rendimiento de transmisión a larga distancia que los moduladores InP-EAM.

(4) Las deficiencias del TFLN son: su madurez de proceso es menor que la de la fotónica de silicio, y su empaquetado de unión heterogénea sufre de pérdidas de acoplamiento; solo tiene capacidades de modulación y debe usarse con una fuente de luz InP, y no puede formar una cadena independiente.

IV. Resumen

(1) Jerarquía subyacente: El InP es el material de fuente de luz básico para todas las rutas técnicas; el EML es un dispositivo integrado de gama alta de InP; la fotónica de silicio y el TFLN son portadores de modulación que "controlan la luz pero no la emiten", y deben utilizarse junto con el InP;

(2) La lógica de la división del trabajo es la siguiente: EML = integrado de gama alta totalmente de InP; Fotónica de silicio = fuente de luz de InP + modulación de silicio (reducción de costes y corta distancia); TFLN = fuente de luz de InP + modulación de niobato de litio (velocidad ultra alta y bajo consumo de energía).

(3) El principio fundamental permanece inalterado: El silicio y el niobato de litio de película delgada solo pueden optimizar el proceso de modulación, pero no pueden superar las limitaciones físicas de la emisión de luz. La posición esencial del InP en la base de la cadena de la industria de la comunicación óptica no puede ser reemplazada.

(4) Dirección de iteración: Durante el período de transición de 1.6T, coexisten múltiples rutas, y en la era de 3.2T, la "combinación de InP + niobato de litio de película delgada" se convertirá en la combinación tecnológica principal para los módulos ópticos de gama alta.

Al observar la evolución de las cuatro tecnologías principales, queda claro que, ya sean las soluciones convencionales de EML y fotónica de silicio o la tecnología TFLN para la era de 3.2T, todas dependen del InP, que es el salvavidas para la iteración de alta velocidad de los módulos ópticos.