[发明专利]一种基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片

权利要求书

1.一种基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片，其特征在于，包括：

若干依次连接的垂直耦合光栅、多模干涉器和串联推挽型调制器，所述垂直耦合光栅基于逆向设计，所述多模干涉器为1×2功率均分型的多模干涉器，所述多模干涉器的输入端与所述垂直耦合光栅的输出端相连接，所述多模干涉器的输出端分别与所述串联推挽型调制器中的波导相连接，其中，所述多模干涉器的一个输出端与对应的所述串联推挽型调制器中的电极之间设置有热电极；

逆向设计的粗波分复用器，所述粗波分复用器接收所有串联推挽型调制器的输出，所述粗波分复用器的输出为单信道输出；

光发射芯片输出端，所述光发射芯片输出端接收所述粗波分复用器的输出，并发射光信号。

2.根据权利要求1所述的基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片，其特征在于，所述垂直耦合光栅包括交错设置的第一波导和第二波导，其中所述第一波导未被刻蚀，所述第二波导被刻蚀，且所述第一波导和第二波导通过L-BFGS-B优化得到。

3.根据权利要求1所述的基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片，其特征在于，所述串联推挽型调制器包括：

第三波导，所述第三波导以所述第三波导的中线为对称轴设置有N++型掺杂区、N+型掺杂区、N型掺杂区、P型掺杂区、P+型掺杂区以及P++型掺杂区，其中所述P++型掺杂区的中线与所述第三波导的中线重合，所述P++型掺杂区两侧的N掺杂区、P型掺杂区形成两个PN结，分别与所述多模干涉器的两个输出端相连接；

接地的第一金属电极，所述第一金属电极设置在所述P++型掺杂区一侧的N++型掺杂区上；

接直流偏压的第二金属电极，所述第二金属电极设置在所述P++型掺杂区上；

接高速电信号的第三金属电极，所述第三金属电极设置在所述P++型掺杂区另一侧的N++型掺杂区上，所述多模干涉器的一个输出端与对应的所述串联推挽型调制器中的一个PN结之间设置有热电极，其中该PN结与所述第三金属电极同侧。

4.根据权利要求3所述的基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片，其特征在于，N型掺杂区和P型掺杂区的掺杂浓度在10¹⁶-10¹⁷/cm³量级，N+型掺杂区和P+型掺杂区的掺杂浓度在10¹⁸-10¹⁹/cm³量级，N++型掺杂区和P++型掺杂区的掺杂浓度在10¹⁹-10²⁰/cm³量级，其中N型掺杂区、N+型掺杂区、N++型掺杂区的掺杂浓度依次增加，P型掺杂区、P+型掺杂区、P++型掺杂区的掺杂浓度依次增加。

5.根据权利要求3所述的基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片，其特征在于，N型掺杂区、N+型掺杂区、P型掺杂区和P+型掺杂区的长度在0.4-2 μm之间，N++型掺杂区和P++型掺杂区的长度大于5 μm。

6.根据权利要求1所述的基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片，其特征在于，所述逆向设计的粗波分复用器的多模干涉整体区域尺寸小于15×15 μm²，每个格点的尺寸在10×10 nm²~ 50×50 nm²范围内，输入的每个信道中心波长在1260-1360 nm范围内，每信道波长范围在5-20 nm间，相邻信道波长间距在5-20 nm范围内。

7.根据权利要求1所述的基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片，其特征在于，所述光发射芯片输出端由端面耦合器或宽带宽垂直耦合光栅组成。

8.根据权利要求1所述的基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片，其特征在于，所述垂直耦合光栅与所述多模干涉器之间、所述多模干涉器与所述串联推挽型调制器之间、所述串联推挽型调制器与所述粗波分复用器之间、所述粗波分复用器与所述光发射芯片输出端之间均通过条形波导连接。