一、PLC光晶片應用的現實意義
從2007年開始，隨著XPON技術的走向成熟，中國開始了光纖最後一公裡的建設之路，歷經FTTC/FTTB的技術過渡，2012年，中國發布了《GB 50846-2012 住宅區和住宅建築內光纖到戶通信設施工程設計規範》的新的國家標準，光纖到戶（FTTH）已經成為建築樓宇必配的通信基礎設施，以PLC光分路器為主要應用的FTTH模式迎來了大規模的建設高潮，而PLC光晶片作為光分路器的核心功能器件，是影響光分路器技術指標和成本的重要因素，突破PLC光晶片的製造工藝難關，不僅對我國的FTTH進程有著重要影響，而且對提升中國的產業技術水平，進而成為全球光分路器的研發及產業製造基地，都具有重要的現實意義。
二、PLC光晶片的工藝製造技術及優特點分析
PLC光分晶片是通過特殊的製造工藝，在一種基板材料上生成一種一入多出的樹枝狀光波導通道，當光信號從輸出端進入時，會沿著光波導的路徑，分成多束光信號從輸出端射出，在PLC光晶片的輸入和輸出端耦合連接上FA（光纖陣列）和光纖端頭後，就可以完成正常的分光功能了。PLC光晶片的工作原理如圖1所示：
圖1 PLC光晶片工作原理
目前世界上PLC光晶片製造工藝主要有PECVD法（等離子體增強化學氣相澱積）和離子交換法，前者用的基板材料一般用石英玻璃，通過一種向上生長的工藝方法來形成光波導通道，其所採用的主要工藝技術和設備與半導體集成電路基本類似，其具有工藝技術穩定、適於大批量生產等特點，由於其與半導體集成電路的生產工藝具有同源性，所以日本、韓國等半導體技術發達的國家，這方面的生產優勢比較明顯，而我國由於半導體集成電路製造水平目前仍不發達，所以用PECVD工藝生產PLC晶片，生產成本仍然偏高。目前國際上以PECVD技術生產PLC晶圓及晶片的廠家主要有中國的河南仕佳光子公司和韓國的Woorori公司。而離子交換法用的基板材料為玻璃，其工藝實現原理是採用一種特殊材質的玻璃基板，通過濺射、顯影、光刻等工藝在基板上形成特定的光波導圖形，然後採用特殊配方的電解熔鹽，並加以適當的電場和溫度，以在基板的下方形成光波導通道的製造方法。這種工藝方法對離子交換設備及玻璃原材料等需要進行特殊研發及定製，需要攻克的工藝技術難關也較多，但技術一旦突破後，其生產工藝相對簡單，生產效率較高，工藝容差較大，晶片成本相對較低等優勢將變得非常突出，是當前性價比最高的PLC光晶片生產技術，目前國際上以離子交換法生產PLC晶圓及晶片的廠家主要有深圳的中興新地公司和以色列的Colorchip公司。
三、中興新地在離子交換工藝方面取得的技術突破
由於離子交換法屬於電化學工藝的技術特點，所以對玻璃原材料、電化學工藝、特製生產設備等方面均要自行研發，可借鑑的技術信息不多，技術難度較大，中興新地經過多年技術攻關，主要完成如下技術突破:
1. 基板用特殊光學玻璃研發
玻璃基板作為離子交換的載體，對基於離子交換技術的PLC 光分路器的性能有著決定性的作用。為了製造出高性能的PLC光分路器晶片，玻璃基材需要滿足的要求主要包括：適合的鹼金屬含量（以保證引入適合的折射率差）、合適的離子電導率、低透射損耗、穩定的Ag+的環境、合適的折射率(與光纖匹配)、良好的化學穩定性、高度各向同性、低缺陷（包括氣泡、皮紋等）等。經過持續努力，中興新地完成了具有特定鹼金屬成分的光學玻璃材料的研發，其優異的光學和電化學指標是保證離子交換工藝PLC晶片得以成功的關鍵。
2. 基於離子交換的電化學工藝研發
離子交換的電化學工藝主要包括：一次離子交換、二次電場輔助掩埋法，其形成的波導截面示意圖參見圖2所示。
圖2 兩種常見的離子交換法形成的波導
一次離子交換主要通過純熱擴散，在玻璃表面形成光波導，其折射率變化最大值位於玻璃表面(如圖4-a)，光波在玻璃表面傳輸。玻璃表面的缺陷使得這種波導的傳輸損耗很高。所以一次交換後的晶片仍不具有可用性，還要通過二次電場輔助掩埋，將交換離子從玻璃表面推到玻璃內部。中興新地通過不斷的工藝驗證和改進，摸索出了一套可靠的電化學交換工藝。其優異的光學性能指標達到了產品化的要求。
3. 特製生產設備研發
離子交換工藝生產PLC光波導晶片，在完成工藝原理及參數的配置後，就可以在實驗室完成樣片的生產，但要實現大批量的工業化生產，則對生產設備、生產工藝流程控制、器件良率等提出了較高的要求，否則將無法實現批量生產而不具有可用性。在當前國際市場上，除中國外，只有以色列的Colorchip公司實現了離子交換工藝的大批量生產，而中國雖然有一些高校的研發團隊在實驗室也完成了相關工藝探索和樣片生產，但由於缺乏產業化經驗，所以批量化生產都不很成功，中興新地基於多年的通信鏈路設備生產經驗，有一支產業化技術經驗豐富的研發和生產隊伍，在沒有可借鑑的生產設備的基礎上，結合購買、自研和綜合化改造，完成了適應大批量生產的前端工藝處理設備、一次交換爐、二次交換爐、交換工裝治具、批量性能指標檢測設備等一大批專用設備及治具研發，從而保證了PLC光晶片的大批量生產。