[发明专利]硅基WDM光收发模块

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域和光电集成领域，特别是涉及一种利用硅光子和PLC混合集成实现的硅基WDM光收发模块。

背景技术

随着人们对信息传输、处理速度要求的不断提高和多核计算时代的来临，基于金属的电互连将会由于过热、延迟、电子干扰等缺陷成为发展瓶颈。而采用光互连来取代电互连，可以有效解决这一难题。在光互连的具体实施方案中，硅基光互连以其无可比拟的成本和技术优势成为首选。硅基光互连既能发挥光互连速度快、带宽大、抗干扰、功耗低等优点，又能充分利用微电子工艺成熟、高密度集成、高成品率、成本低廉等优势，其发展必将推动新一代高性能计算机、数据通信系统的发展，有着广阔的市场应用前景。此外，由于硅和二氧化硅的折射率差大(硅：3.5；二氧化硅：1.5)，对光场的限制能力强，可以实现亚微米的光波导和超小尺寸的硅光器件。硅基光互连的核心技术是在硅基上实现各种光功能器件，如硅基激光器芯片、电光调制器、光电探测器、滤波器、波分复用器、耦合器、分光器等。在硅基光电集成方面，Luxtera于2006年推出并行4通道4*10Gbps的光收发模块，将除光源外的光栅耦合器、调制器、探测器以及驱动电路和接收电路全部集成在一个单芯片中。2012年，Luxtera又推出了并行4通道4*28Gbps最新收发模块。然而并行通道需要用到多根光纤，通过波分复用技术，将不同波长的光复用到一个光纤中，如图所示。在接收端，在通过解复用器将不同波长的光解复用到不同的探测器。通过在硅基上实现各种光功能器件，如硅基激光器芯片、电光调制器、光电探测器、滤波器、波分复用器、耦合器、分光器等，实现完整的硅基WDM芯片，再封装成WDM光收发模块是人们的研究方向。

然而，在实际的应用过程中，硅基波分复用器/解复用器面临以下困难：

1)硅和二氧化硅的折射率差大，对线宽和SOI顶层硅厚度的精度要求高，造成线宽和SOI顶层硅厚度变化导致相移区相移变化，导致波长漂移；

2)对侧壁的粗糙度要求高，造成侧壁粗糙导致随机相位误差，导致通道间的隔离度变差；

3)硅和二氧化硅的折射率差大，硅基光器件是偏振敏感器件，而从光纤耦合到硅光子芯片的光的偏振状态是随机的，导致难于实现TE/TM偏振不相关的复用(MUX)/解复用器(Demux)；

4)硅和二氧化硅的折射率差大，光波导的尺寸在亚微米量级，而光纤的模场尺寸在10 微米量级，两者之间的模式尺寸失配严重，导致硅波导和光纤之间的耦合工艺困难，对对准精度的要求高。

随着硅基光器件及硅基光互连系统的不断普及应用，如何开发出低成本、易加工的WDM光收发模块，成为本领域技术研发的一个重要目标。

目前，传统基于平面光波导技术(PLC)的波分复用/解复用芯片已经成熟，并在传统基于分立器件的WDM光收发模块中得到广泛使用。在传统基于分离器件的WDM光收发模块中，直接调制激光器和探测器通常都是分立器件，通过封装技术将多个直接调制激光器、探测器、及基于PLC技术的波分复用/解复用芯片集成在一个模块内，面临尺寸大，功耗高等缺点。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用硅光子和PLC混合集成实现的硅基WDM光收发模块，用于解决现有技术中硅基WDM光收发模块集成难度高以及集成成本高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种硅基WDM光收发模块，所述硅基WDM光收发模块包括：硅光子芯片，包括调制器阵列和探测器阵列；以及基于平面光波导技术实现的波分复用器及解复用器，所述波分复用器与所述调制器阵列通过封装连接，所述解复用器与所述探测器阵列通过封装连接。

作为本发明的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，所述基于平面光波导技术实现的波分复用器及解复用器及所述硅光子芯片分别为独立设置的芯片。

作为本发明的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，所述波分复用器及解复用器集成于同一个平面光波导芯片上或者分别设置于不同的平面光波导芯片上。

作为本发明的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，所述调制器阵列包括多个通道的调制器。

作为本发明的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，所述探测器阵列包括多个通道的探测器。

作为本发明的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，还包括第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器与所述波分复用器集成于同一个平面光波导芯片上。

优选地，所述平面光波导芯片通过所述第一光纤耦合器与单模光纤进行耦合。