OFC 2025前瞻：张江实验室/上海光机所报道12寸硅光平台实现的336 Gbps MZ调制器和290 Gbps 微环调制器

OFC 2025会议上，张江实验室、上海光机所以及复旦大学共同报道了在12寸硅光平台上实现的O波段高速MZ调制器和微环调制器。其中，MZ调制器实现了44 GHz带宽，336 Gbps PAM8的调制速率以及1.1Vcm的调制效率，微环调制器实现了51 GHz带宽，224 Gbps PAM4和290 Gbps PAM6调制速率（器件能效分别为0.114和0.083 fJ/bit）以及0.9 Vcm的调制效率。

一、高速MZ调制器

采用 380nm 宽的脊形波导，电光相移器长度为 3mm长，横向 PN 结的掺杂浓度P 型为3.5e17 cm-3 ，N 型为7.6 e17 cm-3，中间掺杂区域浓度为5.7 e18 cm-3，与金属层M1欧姆接触的 P++ 和 N++ 区域浓度为1.5 e20 cm-3。GSG 电极宽度10μm，电极间距25μm，负载阻抗52Ω 。

经晶圆级表征，该调制器静态插入损耗 4.6dB ，在 -6V 偏压下，3mm 长调制器的直流Vpai为 3.8V，对应调制效率 1.1V・cm。小信号实验测得 -6V 直流偏压下，中值带宽 39 GHz，电光带宽 44GHz。

大信号实验中，在 56Gbaud 和 112Gbaud PRBS NRZ 调制格式下，输出光眼图的消光比分别为 10.1dB 和 7.2dB 。在56、112 和 128 Gbaud PAM4 PRBS 码型下，测得的发射机TDECQ分别为 0.98 dB（ER 4.9 dB）、1.47 dB（ER 1.9 dB）和 2.85 dB（ER 1.1 dB），接收机端采用四阶贝塞尔滤波器和 32 抽头FFE。在 112Gbaud PAM8 调制下，实现了 336Gbps 的传输速率。

二、 290 Gbps 硅光子微环调制器

设计的 MRM 微环半径 5μm，总线波导与微环间距 260nm，能实现 13nm 的大自由光谱范围（FSR）。微环P 型和 N 型区域的掺杂浓度分别为1e17 cm-3和3.5 e17 cm-3 。在 300mm 硅光子平台上，通过先进制造工艺优化波导形态，降低波导损耗，提高微环Q值，并集成了钨加热器用于热光控制。

传输光谱显示，该调制器在不同偏压下，1316nm 附近的平均非谐振插入损耗低至 0.5dB ，Q值达 26300，在 3V 反向偏压下，PN 结的相位效率为 0.9V・cm。S 参数测量结果表明，在 0V 和 -3V 偏压下，电光响应 3dB 带宽分别为 38GHz 和 51GHz，晶圆级表征下 0V 偏压时，EO 带宽中值为 37GHz，标准差为1.29 GHz。(不过微环的传输谱线看起来有明显的自热效应，不知道是不是Q值过高引起的，Q值过高对锁工作点有影响)

眼图测量验证了其高速性能，前端采用了预加重，MRM工作在6 dB 插损位置以达到最佳的光调制幅度（OMA）和线性度，施加 3 V 的反向偏置电压。从图 3 (a) 和 3 (b) 能够看出，当输入 112 GBaud 的 PAM4 和 PAM6 电信号时，峰 - 峰值射频摆幅为 0.4 VPP。在测量 MRM 发射机的TDECQ时，使用了升余弦函数、接收机端的 31 抽头 FFE 均衡器，以及软判决前向纠错阈值为 1×10⁻² 的处理。

如图 3 (c) 和 3 (d) 所示，当符号速率分别为 112 Gbps（56 GBaud）和 240 Gbps（120 GBaud）时，测得的 MRM 的 TDECQ 分别为 1.26 dB 和 2.26 dB。图 3 (e) 和 4 (f) 分别展示了 146 Gbps 和 290 Gbps 的PAM6 信号。由于微环的Q值较高，因此实现了高速的 PAM4 和 PAM 6 数据传输速率。根据器件的驱动电压和结电容（Cj），PAM4 和 PAM6 调制的功耗分别为 114 aJ/bit 和 83 aJ/bit。（Intel之前报道的5.3 fJ/bit的128 GBaud微环是无DSP处理的，而这里只考虑了器件本身，实际还需要考虑DSP的功耗）。

总的来说，这两个工作实现的指标似乎属于中规中矩的水平，还有优化的空间，但印象中这是国内第一次报道12寸的硅光平台结果，还是很鼓舞人心的。文章中只放了调制器带宽的晶圆一致性测试结果，但无源光学性能的晶圆一致性同样是一项重要的参数，看看会上会不会有更多的介绍。