[发明专利]硅光子集成高速光通信收发模块

说明书

技术领域

本发明涉及光子集成、光通信收发模块和光纤通信，特别是应用于高速光通信系统中的关键技术，采用硅光子集成技术实现高速、集成化、低功耗的光通信收发模块。

背景技术

近年来网络流量急速增长，主要来自于云计算、移动互联网视频、数据中心等应用急剧膨胀，这也直接导致了全球光纤通信行业向着高度集成化和低功耗的方向发展，作为光纤通信系统中的关键技术，如何实现集成化的小尺寸、低功耗、低成本光通信收发模块（以下简称“光模块”）成为了当前市场的直接和迫切需求。

借鉴于大规模集成电路的发展路线，目前国外正在开展研究将有源器件（例如激光器、光放大器、探测器和调制器等）和光波导器件（例如分光/耦合器等）集成到一个衬底上，形成光子单片集成或光子混合集成，从而获得单片多功能的器件，实现类似大规模集成电路的优点：低成本、小尺寸、低功耗、灵活扩展和高可靠性等。目前硅光子集成技术被业界认为是最有前景的光子集成技术，采用硅光子集成技术可以将微电子和光电子结合起来，构成硅基光电混合集成芯片和器件，可充分发挥硅基微电子先进成熟的工艺技术、高度集成化、低成本等的优势，具有广泛的市场前景。

硅光子集成工艺与微电子标准CMOS工艺兼容性好，不仅可以大大降低成本，还可集成硅基微电子电路。硅光子集成通常采用Silicon-on-insulator (SOI)材料形成的光波导，其光波导由Si芯层和SiO2包层形成，其间较大的折射率差异对光场有很强的限制作用，从而可实现小到微米量级的波导弯曲半径，从而为小型化和高密度集成化提供了实现的基础。

发明内容

本发明的目的在于针对上述迫切的市场需求，基于先进的硅光子集成技术，提供一种高密度集成、低功耗的硅光子集成高速光通信收发模块，突破了当前市场上的光模块需要先单独将光芯片封装成光器件，再装配到光模块结构件中。采用本发明的技术，可直接将多种功能光芯片与相应需要的外围支持电路芯片集成在硅衬底上，极大减小了当前光模块的尺寸、功耗和成本，易于批量生产，也直接降低了生产成本。

本发明采用的技术方案：

硅光子集成高速光通信收发模块，包括光发射部分、光接收部分和硅衬底、光纤，其特征在于：光发射部分、光接收部分均安装在同一硅衬底上，光发射部分的输出端和光接收部分的输入端通过光纤与外部光通信网络实现互连互通。

所述的光发射部分包括：至少一个激光器、至少一个硅调制器、一个光波分复用芯片、至少一个硅光波导、一根光纤，每个激光器的输出端通过一个硅调制器和一个硅光波导与光波分复用芯片的输入端相连，光波分复用芯片的输出端通过光纤输出。

所述的光发射部分还包括驱动电路芯片，驱动电路芯片分别与激光器的光增益芯片和硅调制器相连。

所述的激光器由光增益芯片、硅光波导、硅反射镜、硅微环谐振芯片组成，当光增益芯片发出的光进入到硅光波导，一部分光会进入到硅微环谐振芯片形成光滤波器，一部分光通过硅反射镜，通过硅反射镜的光作为种子光反射回到光增益芯片中形成激光振荡，即光增益芯片和硅反射镜形成振荡腔。

所述的硅调制芯片由1X2多模（MM）干涉仪、硅光波导、硅延迟线、两个硅相移芯片、2X1MM干涉仪组成，输入直流光与1X2多模（MM）干涉仪相连，1X2多模（MM）干涉仪二个输出端分别连接硅光波导和硅延迟线，硅光波导和硅延迟线分别通过一硅相移芯片与2X1MM干涉仪相连并输出调制光。

所述的硅相移芯片由硅波导层、二氧化硅层和硅衬底组成，硅衬底上依次为二氧化硅层、硅波导层。

所述的光接收部分包括：至少一个限制放大电芯片、至少一个变阻放大电芯片、至少一个光电探测芯片、一个光解复用芯片、至少一个硅光波导、光纤，光纤与光解复用芯片的输入端相连，光解复用芯片的输出端分别与各硅光波导相连，光解复用芯片分别与各光电探测芯片的输入端相连，每个光电探测芯片的输出端分别依次对应一变阻放大电芯片和一个限制放大电芯片。

所述的光接收部分还包括一光放大器，光放大器连接在光纤与光解复用芯片的输入端之间。

本发明采用硅光子集成技术可以将微电子和光电子结合起来构成硅光子集成高速光通信收发模块，可充分发挥硅基微电子先进成熟的工艺技术、高度集成化、低成本等的优势，具有广泛的市场前景。采用光增益芯片、硅微环谐振芯片、硅反射镜实现的激光发射，具有高密度集成、灵活配置激射波长等优点，可实现紧凑的阵列多波长发射。

附图说明

图1为本发明的硅光子集成高速光模块的结构框图。