[发明专利]一种CWDM光发送芯片

说明书

本发明公开了一种CWDM光发送芯片，包括：SiNx光栅耦合器、SiNx模斑转换器、波导转换器、SiNx‑薄膜铌酸锂电光调制器、SiNx‑薄膜铌酸锂波导器件、SiNx‑薄膜铌酸锂CWDM波分复用器，其特征在于，SiNx材料沉积在二氧化硅衬底层，形成SiNx波导器件层，薄膜铌酸锂直接键合在SiNx波导器件层上，SiNx波导器件层用于刻蚀SiNx‑薄膜铌酸锂波导器件，SiNx波导器件层上依次覆盖二氧化硅薄膜层与薄膜铌酸锂层；本发明利用薄膜铌酸锂材料的电光调制特性，采用倒脊形波导结构，能够实现高速电光调制，将波分复用与电光调制集成，实现了高速率、大容量的信号传输。

技术领域

本发明涉及硅基光电子学领域，尤其涉及一种CWDM光发送芯片。

背景技术

随着大数据和互联网的发展，对数据中心和高性能计算的需求不断增加。然而传统的电互连受到带宽和功耗的限制，难以满足日益增长的容量需求。高容量、可靠和低成本的光数据链路的需求推动了光子集成电路的发展，由分立光学元件组成的传统收发器件单通道传输速率通常为50-100Gbit/s。随着数据容量的不断增长，单个调制器的性能难以满足应用需求，因此将调制器与复用技术相结合是应对未来数据容量增长的很有前景的方案。光模块是光纤通信系统的核心器件之一，是光通信设备最重要的组成部分，主要作用是实现光电转换，是光世界与电世界的互连通道。

光发送芯片是光模块的重要组成部分，内部集成了光耦合器件、电光调制器、波分复用器和其他无源器件等。目前硅基光收发芯片技术已经比较成熟并开始商用，但由于硅基光栅耦合器带宽小，硅基电光调制器调制带宽受限，难以实现更高速的传输系统。铌酸锂材料有着更低的传播损耗、超高的带宽，能实现高数据速率传输，受到科研人员的青睐，然而薄膜铌酸锂材料具有稳定的化学性质，常用的化学刻蚀方法无法形成低损耗波导，目前有关薄膜铌酸锂的光收发芯片还处于研究阶段。

现有技术方案：

在申请号：202010245273.8的专利文件中，提供了一种异质集成CWDM4光发射芯片，包括：激光器、电光调制器、波分复用器，所述光发射芯片的激光器键合在衬底上，采用端面耦合的方式与芯片对准，所述衬底上有二氧化硅层，所述二氧化硅层上有硅层。所述电光调制器包括波导合路器、波导分路器和硅波导相移臂。其中波导合路器和波导分路器均设置在二氧化硅层内，硅波导相移臂设置在硅层上。所述波分复用器件设置在二氧化硅层内。整个异质集成的CWDM4光发射芯片具有较小的传输损耗，同时二氧化硅波导与单模光纤模场失配小，在光发射芯片的出光端可以直接与单模光纤实现低损耗的端面耦合。

由于其所设计的异质集成CWDM光发射芯片设计在由衬底、二氧化硅层和硅层构成的三层结构上，电光调制的性能始终受到硅材料的限制。

在DOI号为10.1002/adpr.202200121的论文中，提供了一种基于绝缘体混合平台的氮化硅和铌酸锂单片光子集成电路，包括：光耦合器件、环形谐振调制器、模分复用器，是第一次在Si3N4-LNOI混合平台上演示由高速电光调制器和(解)多路复用器组成的光子集成电路。所述模分复用器放在中间位置，左右各有四个光耦合器件与对应模分复用器的输入输出端口相连。在输入光耦合器与模分复用器接口之间还设置有环形谐振调制器以实现对光信号的调制。最终实现单通道数据通信速率为70Gbps，总数据容量为280Gbps。

但是上述光子集成电路，调制器采用谐振器结构，对温度非常敏感，其次复用器件采用模分复用，应用范围小，且整个电路共有八个光接口，四个输入接口和四个输出接口，结构复杂。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种CWDM光发送芯片。