[发明专利]一种基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片

说明书

本发明公开了一种基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片，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、逆向设计的粗波分复用器和光发射芯片输出端。该芯片可用在光模块中的光发射芯片，在较小器件尺寸下能够对高速电信号调制，解决了器件插入损耗较大、尺寸较大和调制带宽较低等问题。逆向设计的垂直耦合光栅减小耦合损耗且适当的减小尺寸，耦合损耗约‑1.8 dB，耦合区长度仅为10‑15μm；串联推挽调制器有效增大器件的调制带宽，电光带宽可超过35 GHz；逆向设计的粗波分复用器明显减小器件的尺寸，器件尺寸小于15×15μm²,信道间串扰较小，小于‑16 dB。提出的器件具有尺寸小、耦合效率高、电光带宽高和低串扰等优势。

技术领域

本申请涉及光模块中光发射模块技术领域，尤其涉及一种基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片。

背景技术

在通信领域，常见的信息传递方式有电缆传输、无线传输、网络传输和光纤传输等，其中光纤传输以其传输距离长、不受电磁干扰等优势被广泛采用。为了实现光纤传输，光模块成为光网络中重要组件。光模块中的光发射模块可将高速电信号加载到光信号中，实现载波的功能，然后将载波通过光纤长距离传输，传输后的信号可被光接收模块接收，通过探测器将载波解调，实现高速电信号的提取。故光模块是实现高速信号传输的重要组件。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

市场上普遍应用的光模块是由Ⅲ-Ⅴ族半导体材料(如InP、InGaAsP等)构成的，与集成电路工艺不兼容，且制备成本较高，约为SOI材料体系加工成本的200倍以上；光模块外置的激光器数量与并行的通道数相同，这意味着光发射模块和接收模块间需多根光纤并行长距离传输，光纤消耗的成本较高；已报道的研究成果中硅光芯片尺寸较大；市场上常见的光模块传输速率为25 Gb×4 ch(Channel，信道)。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请实施例的目的是提供一种基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种基于逆向设计的粗波分复用硅光发射芯片，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。

进一步地，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。

进一步地，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；