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EML vs 硅光 那种方案需要的InP 晶圆多?

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针对球友问EML 方案后面成为主流后,相对于硅光方案,对InP 晶圆的需求有什么影响,针对 8x100G DR8 模组,本文通过拆解 100G EML高功率 CW-DFB+硅光方案 的物理结构、功率特征及良率指标,量化评估 2 英寸 InP 晶圆的端口产出能力。

结论:EML 方案对InP 晶圆的需求是硅光方案的2倍以上。

一、cw-DFB + 硅光方案 和 EML 方案的InP 的结构和芯片的基本参数

(1)cw-DFB + 硅光 方案

100G/Lane DR8 规格的光纤入纤功率要求是> -3dBm; 考虑到硅光方案各个环节的插损为耦合 + 波导插损 6dB、调制损耗3dB,综合为9dB ,每Lane的DFB 功率大约为 6dBm; 使用1:4 的功分复用率(6.2 插损),则,DFB 总体需要12.2dBm; 预留工厂余量,大约需要18dBm也就是70mw-100mw;

DFB需要的总功率,为70mw-100mw;

平均每路需要的功率为:17.5mw – 25mw

(2) EML 方案

EML的DFB输出后有两个插损:EAM 和DFB 的衔接插损和与光纤的耦合插损总共1dB。

同样EML 的DFB 部分的输出功率需求为:(-3dBm + 1 + 3) = 1dBm 约为1mw; 预留6dB的工程余量,DFB的输出功率需求为4mw;

二、 芯片物理结构与尺寸拆解

在 InP 晶圆上,芯片的“占地面积”由功能区及必要的工艺间距决定。

三、 功率需求差异与设计限制

心细的球友一定发现了一个有意思的事:

(1)cw-DFB 的DFB 长度为1000um, 输出功率为100mw, 每100um 长度输出功率为10mw

(2)EML 的DFB 长度为300um,输出功率为4mw, 每100um 长度输出的功率仅为1.33mw

为什么有这么大的差异,这主要是两种方案对 DFB 区的功率诉求完全不同,这直接导致了芯片设计的不可通用性。

1. CW-DFB:高功率驱动“1分多”

需求:在硅光方案中,单颗 CW-DFB 需要通过 1:4 分束供给 4 个调制通道。为补偿硅光芯片的耦合与调制损耗,其输出功率需达到 100mW 级。

实现:必须采用 1000μm 的超长增益区,通过增大活性区体积来承载大电流注入,工作在高温区间,确保高光强产出。

2. EML:中低功率维持信号质量

需求:EML 采用 1 对 1 模式,DFB 仅需向自带的 EAM 区供光,典型输出功率仅需 4mw左右。

为什么 EML 不能借用 CW-DFB 的设计?

核心原因是DFB的热畸变:100mW 级的长腔工作在高温状态,DFB 发热密度极大,会直接使相邻的 EAM 调制区产生严重的谱线偏移,导致消光比恶化。所以EML 的DFB 不能借用cw-DFB的设计。

三、 引入良率后的产能量化(基于 2 英寸晶圆)

在 2 英寸晶圆(有效面积约 1600 mm2)上,结合良率与 800G DR8 端口需求进行最终测算:

1. 理论与合格芯片产出 (KGD)

· EML 方案 (良率 70%)

o 由于集成了调制器且需多次外延(SAG)工艺,良率较低。

o 理论颗数:8,500 颗 实际合格芯片 = 8500 x 70% =5,950

· CW-DFB 方案 (良率 90%)

o 结构单一,不含敏感调制区,工艺成熟,良率极高。

o 理论颗数:3,800 颗, 实际合格芯片 = 3,800 x 90 % = 3,420

2. 最终 800G DR8 端口支撑量

· EML 方案

o 每模组需 8 颗芯片 可支撑端口数 = 5950/ 8 ~= 743

· CW + 硅光方案

o 每模组仅需 2 颗芯片(1 : 4 共享),可支撑端口数 = 3420 /2 = 1,710

四、 结论

分析表明,针对 8x100G DR8 模组,EML 方案对InP 晶圆的需求是硅光方案的2.3 倍。

本方案仅为粗略的技术分析,作为参考,相关数据和指标来自于网络和个人过往经验。

$东山精密(SZ002384)$ $云南锗业(SZ002428)$ $Lumentum控股(LITE)$

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