引言：光開(kāi)關(guān)在A(yíng)I時(shí)代的核心價(jià)值

隨著(zhù)人工智能與深度學(xué)習對高并行計算需求的爆發(fā)式增長(cháng)，傳統電子芯片面臨能效瓶頸?；?strong>微環(huán)諧振器（MRR）的光開(kāi)關(guān)憑借其納米級尺寸、超低功耗及光域并行處理能力，成為新一代光子計算的核心元件。東京大學(xué)與日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（AIST）合作開(kāi)發(fā)的Ge?Sb?Te?S?（GSTS）非易失性硅微環(huán)諧振器光開(kāi)關(guān)，通過(guò)創(chuàng )新性相變材料工程，實(shí)現了跨波長(cháng)的高性能光調制，為光通信與光子AI芯片提供了顛覆性解決方案。

一、技術(shù)痛點(diǎn)：傳統光開(kāi)關(guān)的局限性與GSTS材料的突破

1.1 MRR光開(kāi)關(guān)的性能瓶頸

微環(huán)諧振器通過(guò)諧振波長(cháng)處的光強度調制實(shí)現開(kāi)關(guān)功能，其品質(zhì)因數（Q因子） 直接影響波長(cháng)選擇精度與信道容量。傳統相變材料（如GST）在非晶態(tài)仍存在光吸收損耗，導致Q值下降，限制多波長(cháng)系統的擴展性。

1.2 GSTS材料的革命性?xún)?yōu)勢

Ge?Sb?Te?S?（GSTS）作為寬禁帶相變材料，具備四大突破特性：

• 近零非晶態(tài)吸收（0.0062 dB/μm），保留MRR高Q因子（>9.7×10?）

• 高晶態(tài)吸收率（2.3 dB/μm），實(shí)現>35 dB消光比

• 無(wú)毒環(huán)保特性（對比含硒材料GSST）

• 支持C+L波段寬帶操作（1490–1560 nm）

圖1：集成GSTS強度調制器的硅微環(huán)諧振器光開(kāi)關(guān)三維示意圖

二、核心技術(shù)：GSTS-MRR光開(kāi)關(guān)的設計與制造

2.1 器件架構優(yōu)化

器件采用220 nm SOI硅波導平臺，通過(guò)優(yōu)化20 μm半徑微環(huán)設計，在緊湊尺寸下實(shí)現高FSR（自由光譜范圍），支持多波長(cháng)并行處理。

2.2 關(guān)鍵制造工藝

1. 等離子增強化學(xué)氣相沉積（PECVD）生長(cháng)400 nm SiO?包層

2. 電子束光刻開(kāi)窗形成2 μm調制區

3. 射頻濺射沉積20 nm GSTS相變層與保護層

4. 精準圖案化定義光開(kāi)關(guān)功能區

圖2：(a)GSTS光開(kāi)關(guān)制造流程 (b)集成8μm調制器的MRR顯微圖

三、性能驗證：超低損耗與多波長(cháng)切換能力

3.1 開(kāi)關(guān)性能實(shí)測數據

3.2 多波長(cháng)操作優(yōu)勢

實(shí)驗證明，GSTS光開(kāi)關(guān)在1490–1560 nm波段內：

• 非晶態(tài)保持Q因子不變（對比無(wú)GSTS器件的4.9×10?）

• 晶態(tài)下完全抑制諧振峰，實(shí)現跨波長(cháng)一致開(kāi)關(guān)

圖3：GSTS光開(kāi)關(guān)非晶/晶態(tài)衰減對比

四、應用場(chǎng)景：賦能下一代光電子集成系統

4.1 光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )加速

GSTS-MRR光開(kāi)關(guān)的非易失特性可存儲權重信息，無(wú)需持續供電，顯著(zhù)降低光子AI芯片功耗。其多波長(cháng)并行能力可將矩陣運算速度提升10倍以上。

4.2 光通信系統升級

• 波分復用（WDM）系統：高Q值支持密集信道間隔

• 可重構光交換網(wǎng)絡(luò )：納秒級切換速度與零靜態(tài)功耗

圖4：GSTS光開(kāi)關(guān)寬帶操作性能

五、科毅光通信技術(shù)布局

作為領(lǐng)先的光開(kāi)關(guān)解決方案提供商，廣西科毅光通信科技有限公司持續追蹤前沿光子技術(shù)：

技術(shù)轉化方向：

1. 開(kāi)發(fā)基于GSTS的O-band/C-band商用光開(kāi)關(guān)模塊

2. 優(yōu)化MRR陣列封裝工藝，提升集成密度

3. 探索硅基-聚合物混合集成降低成本

重新定義光開(kāi)關(guān)的技術(shù)邊界

GSTS非易失性微環(huán)諧振器光開(kāi)關(guān)的突破，標志著(zhù)光電子集成進(jìn)入低功耗、多波長(cháng)、高精度的新時(shí)代?？埔愎馔ㄐ艑⒊掷m推進(jìn)該技術(shù)在數據中心、5G前傳及光子AI計算場(chǎng)景的落地，助力中國光電子產(chǎn)業(yè)升級。

選擇合適的光開(kāi)關(guān)是一項需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應商實(shí)力的工作。希望本指南能為您提供清晰的思路。我們建議您在明確自身需求后，詳細對比關(guān)鍵參數，并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術(shù)扎實(shí)、質(zhì)量可靠、服務(wù)專(zhuān)業(yè)的合作伙伴。

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