一、 项目概述
为了应对大容量网络带宽要求，高速率的100G传输技术成为光通信领域的研究热点。目前,实验室里普遍采用的是多电平调制格式的发射机和相干接收机来搭建100G传输系统。现在的光发射/接收机都是由分立器件搭建的，效率低、成本高、无法集成，成本、体积及功耗成为急需解决的瓶颈问题。硅基光电集成技术成为业界和科研机构都在普遍关注的重要解决方案。其具有集成度高和互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容等特点。北京大学硅基光电子与微系统研究小组一直致力于硅基光电集成方面的研究，有多年的积累，最近在科技部973，863以及国家自然科学基金委等项目的支持下，针对大容量高速光纤传输系统对光发/收模块的集成需求，研发具有自主知识产权的硅基集成100Gb/s相干接收及传输模块技术，实现低成本、低功耗、高性能的光子集成芯片和传输系统。
二、 应用范围（包括功能、用途）
信息技术的广泛应用和各种新业务的不断出现，导致网络容量迅速增长。光通信网络的干线节点容量预计未来10-15年将达到Pbit/s量级。另外，我国天河一号超级计算机，计划10年后要从目前的千万亿次的计算能力提高到百亿亿次量级，计算能力增加1000倍，高性能计算机内部网络节点容量也将达到Pbit/s量级。为了应对大容量网络带宽的需求，光纤通信正在从多通道、高速率向超高速超大容量超长距离光通信演进，高速率100Gbit/s传输技术成为该领域的研究热点已经研制成功，多个光通信国际标准组织开始积极制定100G的相关标准，涵盖100G器件、光模块、系统设备等领域。目前1OOG的光收发机都是用分立器件搭建的，面对分立光电子器件高昂的价格，迫切需要把更多的光电子器件进行大规模集成来降低成本。因此本项目研制的100G硅基集成光收发芯片将大大降低光接收机的成本，有非常重要的应用前景。
三、 技术优势（技术特点、技术指标）
a) 技术特点
目前的100G的光收发机都是由分立器件组成的，基体是以III-V（InP）材料为主，本项目研究的光收发机是单片集成的，就是把调制器、探测器、分束器、混频器等多个光学元器件集成在一起。另外采用硅基光电集成技术，以硅基材料为基体。
与传统光电子器件相比有如下优势：
l 成本低，由于采用成熟的CMOS工艺，制造成本大幅降低;
l 污染小，采用传统的III-V材料工艺复杂，所用气体危险系数大，有污染，而我们采用硅基集成工艺，相对污染小。
l 多个光电子器件集成将减少耦合损耗，降低功耗。
技术指标
目前通常用于评价光发射芯片和接收芯片技术指标主要有三个，
l 第一个指标是速率，100Gb/s的发射和接收速率。
l 第二个指标是功耗，功率越小越好，要低于10pJ/bit。
l 第三个指标是传输距离，传输距离越长越好，所需的功率代价越小越好。
四、 技术水平（包括本技术在国内外的地位、鉴定情况、获奖情况等）
国外在这一领域的研究已有10年，申请了部分专利，目前正在产品化。这一技术的研究正方兴未艾，我实验室对这一方向进行了多年深入的研究，目前也取得了一定的成果，多篇文章发表在国际知名的学术期刊和会议上。
五、 开发计划进度
北京大学硅基光电子及系统研究小组对硅基光电集成进行了多年的研究，在学习国内外先进科研成果的同时，我们对100G的光发射和接收芯片进行了透彻的分析和研究，部分器件已经达到指标：
1、消光比20dB以上的MMI偏振分束器，耦合效率42%的光栅耦合器，
2、相位偏差±5°以内的90°光混频器，
3、调制速率 20Gb/s以上的调制器，
4、带宽20GHz以上的探测器，
5、调制速率12Gb/s的无误码系统传输80km，
六、 市场状况及市场预测
光收发机是骨干网和城域网中的核心部分，但现有的光收发机价格昂贵，在几十万人民币左右，限制了其在光纤到户中的应用，其主要成本在核心的光收发芯片。高速硅基光收发芯片的研制成功将大大降低现有光收发机的成本，使光纤到户真正成为可能。虽然目前用于高速光通信的硅基光收发芯片的产品还要有一段距离要走，但是随着各种单元器件的综合性能、CMOS工艺兼容度、制备成品率的提高以及光电融合单片集成工艺的突破，高速硅基光收发芯片最终会成为现实，并引发微电子技术和IC行业的下一场革命。2009年，作为全球权威的市场调研和咨询公司Markets and Markets对硅基光电集成进行了市场评估和预测，报告指出2008年硅基光电集成的市场是2.321亿美元，到2014年将以每年105.3%的指数增长。本研究组面向未来光纤通信的发展趋势，针对大容量高速光纤传输系统对集成光接收技术的需求，研发具有自主知识产权的硅基集成100Gb/s相干接收模块，实现低成本、低功耗、高性能的硅基集成芯片，必将在市场上取得更大的应用前景。
七、 投资估算，效益分析
根据我们的研究表明，通过采用硅基光电集成的手段，能够有效的降低芯片的成本,进而降低整个接收机总体成本。规模化生产后价格更会大大降低成本价格，使得相对于同类产品具有更大的竞争力。从市场效益看，具有广阔的前景。
