利用标准代工平台构建硅光子MEMS微环谐振滤波器

近年来，全球数字化进程空前加速。居家办公和远程学习带来的流媒体和视频会议等应用，导致住宅宽带使用激增。人工智能（AI）和自动驾驶汽车等新兴应用，将进一步加速未来对数据通信的需求。

如今的互联网基础设施是基于光纤通信的，如何使系统更高效地满足未来激增的数字通信需求？

为了应对日益增长的数据速率，光纤通信系统开始在不同专用波长下采用许多独立通信信道，这一技术被称为波分复用。这些信道在光纤传输之前在多路复用器中组合。然后在接收端对光谱信号进行解复用。

通常，利用光子集成电路（PIC）执行此操作。光子集成电路将光限制并引导到微尺度组件中，例如阵列波导光栅或集成环形谐振器等，这些组件在多个波长通道中操纵信息。

据麦姆斯咨询介绍，在近期发表于Journal of Optical Microsystems期刊的一篇论文中，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）Hamed Sattari博士及其共同作者通过移动光子集成电路（PIC）中的悬浮硅环形谐振器，展示了一种用于解复用操作的高能效组件。

其环形谐振器的机械位移将波长通道提取到总线波导中，有效地充当了微机械操作的分插滤波器（Add/Drop Filter）。其静电执行机制基于MEMS技术，这种技术已广泛应用于各类消费电子产品，例如投影仪中的德州仪器（TI）数字微镜阵列等。

MEMS分插滤波器示意图。

该器件通过驱动可垂直移动的悬浮环形谐振器进行调谐。极其紧凑的占位面积可以实现快速操作，静电驱动机制确保了极低的能耗，使得这种新型滤波器具有高能效。

与那些已成熟的光学MEMS器件相比，该论文所展示的新型硅光子MEMS器件的尺寸大约小了3个数量级。

其环形谐振器的波导横截面小于650 nm x 220 nm，凭借小于500 nm的位移就足以操作滤波器。

与现有的MEMS产品相比，这种紧凑的占位面积可以实现更快速地操作，并且，静电执行机制确保了极低的能耗，使这种新型滤波器具有更高的能效。

左侧为硅光子芯片的光学显微镜图像，右侧为悬浮式MEMS微环谐振滤波器的放大视图；成功将MEMS器件集成到标准硅光子平台的完整堆栈中。

其中，硅光子MEMS分插滤波器在IMEC（总部位于比利时的国际研发组织）标准硅光子平台上通过后处理工艺实现。据称，通过标准代工工艺在硅光子芯片中集成MEMS代表了新的技术里程碑。

释放硅光子MEMS组件的制造工艺

此前在EPFL领导光子MEMS开发的Niels Quack教授表示：“我们证明了光子MEMS可以与芯片上已构建的高性能光子组件集成，并且可以大规模扩展。”

Hamed Sattari表示：“我们的研究表明，硅光子MEMS在技术成熟度方面迈出了重要一步。现在我们已经可以构建由上千个组件组成的大规模光子集成电路（例如分插滤波器），提供了可以使数据中心和光纤通信应用更加节能的新平台。”

论文链接：https://doi.org/10.1117/1.JOM.2.4.044001

审核编辑：刘清