[发明专利]外调激光器阵列单片光子集成芯片

说明书

本发明公开了一种外调激光器阵列单片光子集成芯片，该芯片包括：半导体材料基底、八个分布式反馈激光器(DFB)、八个马赫曾德电光调制器(MZI)、一个阵列波导光栅(AWG)和一个半导体光放大器(SOA)；分布式反馈激光器、马赫曾德电光调制器、阵列波导光栅和半导体光放大器集成在同一半导体材料基底上，且任意两相邻部件间通过无源波导结构连接；每个马赫曾德电光调制器(MZI)的第一端与对应的分布式反馈激光器(DFB)连接，每个马赫曾德电光调制器(MZI)的第二端与阵列波导光栅(AWG)的第一端连接，阵列波导光栅(AWG)的第二端与半导体光放大器(SOA)连接。该芯片尺寸紧凑、封装成本低、功耗小，且可实现800Gbps的高速数据传输。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种外调激光器阵列单片光子集成芯片。

背景技术

目前，大数据、云计算、云存储、物联网等新兴互联网应用的快速发展对数据宽带传输的需求越来越大，导致数据中心流量指数增长，大幅提升了对高速率光模块的需求，从而推动了高速光电器件及芯片的发展。光模块的核心光电器件是光发射组件(TOSA)和光接收组件(ROSA)。光发射组件(TOSA)的工作原理是：由多个半导体激光器发射的激光信号通过波分复用芯片(MUX)，例如阵列波导光栅(AWG)、自由空间光滤波器等耦合到单一光纤输出端口，最后通过准直透镜或聚焦透镜输出光信号。随着数据传输速率从400G提高到800G，要同时保持TOSA组件中各光电器件的物理尺寸、功耗与成本，是目前面临的一项关键技术挑战。

相关技术中，100G、200G、400G光模块的主流技术通常是基于分立的TOSA组件，即半导体激光器芯片和波分复用芯片分别独立，在TOSA系统中组合使用。对于TOSA组件来说，其核心器件是用于产生激光信号的半导体激光器，常见的有直接调制激光器(DirectlyModulated Laser，简称DML)和电吸收调制激光器(Electlro-absorption ModulatedLaser，简称EML)。

其中，直接调制激光器(DML)是对激光器的驱动电流直接进行高速调制，从而产生对应的光信号。DML具有成本低、体积小、电路简单和功耗低等优点，但由于直接调制会引起频率啁啾，从而产生较大的色散代价，限制了光信号的远距离传输和高速传输。电吸收调制激光器(EML)由分布式反馈激光器(DFB)和电吸收调制器(EAM)单片集成，采用恒值电流驱动激光器发出直流光，再经过与EA调制器的波长匹配，以保证激光器的输出光在零调制偏压状态下可以基本无损地通过调制器。EML由于采用直流调制，不存在载流子涨落引起的啁啾效应，所以色散会比较低，更有利于远距离及高速传输，但是EML功耗较大，成本较高。

综上，相关技术中的基于DML和EML的分立TOSA组件无法满足下一代800G光通信的需求，因此，如何提供一种低功耗、低成本和高传输速率的TOSA组件成为了目前亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种外调激光器阵列单片光子集成芯片，通过将多个有源、无源器件集成到单一芯片上，由光子集成(PIC)技术制备的激光器阵列单片光子集成芯片体积小、成本低，且可以实现高速数据传输，解决了光发射组件功耗较大、成本较高的技术问题。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种外调激光器阵列单片光子集成芯片，包括：

半导体材料基底、八个分布式反馈激光器DFB、八个马赫曾德电光调制器MZI、一个阵列波导光栅AWG和一个半导体光放大器SOA，所述分布式反馈激光器DFB、马赫曾德电光调制器MZI、阵列波导光栅AWG和半导体光放大器SOA通过光子集成的方式集成在同一所述半导体材料基底上；