由于材料现实和器件物理，在标准CMOS工艺上开发高性能的光收发器功能具有挑战性，但这种光子集成的潜在好处是巨大的。现在，英国南安普顿大学(University of Southampton)光电子研究中心(ORC)的一个团队展示了一种全硅光子发射器，可以在开/关键(OOK)的情况下工作在100 Gb/s以上。
他们通过对电子CMOS驱动器的创新设计实现了这一壮举，克服了其他硅基光子调制器带宽受限的困境。他们坚持认为，与现有的研究成果相比，这种取得的成绩代表着速度的两倍。
他们的方法优化了不同性能指标之间的权衡:高带宽、低光插入损耗、低驱动电压、低制造成本、小设备占用空间和设备可靠性，同时实现速度和误码率(BER)目标。该团队最初考虑使用感应峰值，这是高速电路设计中提高带宽的标准技术。
但是，它们选择了使用不对称变压器选择“T线圈”峰值，该不对称变压器可以在宽带放大器设计中提供额外的70％带宽增强。增加了硅调制器的PN掺杂水平，从而提高了调制效率，从而优化了电力效率和光子器件占地面积。
该光调制器配置为u型Mach-Zehnder调制器(MZM)，设计和建模的工作波长为1550 nm，物理安排提供了通过芯片的一侧进入MZM的输入和终端pads（图。1）。这允许调制器的两端通过翻转键合电连接到CMOS驱动器。
为了测试这个设备，他们把两个低速率的设备多路复用7.- 1伪随机位序列（PRBS），以高达112 GB / s的比特流，单端电压摆动大约为0.5V，并将该信号送入驱动放大器。通过低损耗erbium掺杂的光纤放大器（EDFA）放大来自调制器的光输出，然后进入数字通信分析仪。
测试电路电压轨为2.8 V, CMOS驱动器的总功耗为203mw，另外加热元件的功耗为20 ~ 35mw，加热元件设置了硅调制器的工作点。在56、80和100 Gb/s时的光学眼图(都带有OOK)显示集成硅光子学发射机工作在约3 db的消光比和2.03皮焦耳(pJ)/位的功率效率，甚至在100 Gb/s OOK以上（图2）。
博士，柯莉，领导作者和领先人员在技术的相关专利上说：“与以往的领域的工作形成鲜明对比，我们介绍了一个新的设计理念，其中光子和电子必须被视为一个集成系统，以便解决这一领域的苛刻技术挑战。“
副主任，“我们的结果基于一个完全集成的电子光子系统，而不是实验室探测的独立硅调制器。在所有其他工作到日期，不依赖于数字信号处理以恢复数字信号处理信号完整性，电子和光子的集成导致了与各个组件的性能相比的较差的系统性能，导致最大数据速率约为56 GB / s。“他继续说：“当世界各地的大多数研究人员争取5％达10％的系统级别提高的时候，我们的结果达到了100％的改进。”
The silicon modulator was fabricated through Southampton’s own research fabrication foundry service, then integrated with the custom modulator drivers that were designed in-house and fabricated at TSMC (28-nm high-K-metal-gate process), followed by fabrication and integration work done at the university’s cleanroom complex. Details are in their brief paper “超过100 Gbps开关键控的硅光子发射机的电子光子收敛“这是在OSA的铅期刊上发表的Optica.作为HTML页面和可下载PDF文档可用。
