[发明专利]一种单片集成的光电芯片

说明书

本发明公开了一种单片集成的光电芯片，包括集成在衬底上的至少一个输入端、光信号处理单元、至少一个光探测器、至少一个电信号调理单元和至少一个模数转换模块；光信号由输入端经光波导输入至光信号处理单元，接着进入光探测器进行光电转换或拍频，然后依次通过电放大器和电信号调理单元进行信号的放大和滤波，得到所需的信号，最后通过模数转换器进行模数转换，输出数字信号。本发明的光电芯片将多种功能光器件与相关的模数转换电路和信号处理电路集成在单一芯片上，极大减小了芯片的尺寸，实现了高密度、低成本、高性能和低能耗，满足未来信息社会环保绿色的需求。

技术领域

本发明涉及光电处理芯片，特别是涉及一种单片集成的光电芯片。

背景技术

在信息技术的发展进程中，微电子集成电路技术扮演着重要角色，超大规模、高性能的微处芯片提供了核心技术支撑。将微电子和光电子结合起来，充分发挥微电子先进成熟的工艺技术、高密度集成及价格低廉以及光子极高带宽、超快传输速率和高抗干扰性的优势成为信息技术发展的必然和业界的普遍共识。

目前，光电子器件种类繁多，价格昂贵，制约其大规模的应用。近年来，光电子集成技术的发展，新技术新器件日新月异。2013年IBM报道了在90nm CMOS工艺线集成了电路和光路的25Gb/s WDM系统，第一次实现了真正意义的单片光电集成。2015年，人们基于CMOS绝缘体上硅技术完成了7千万个晶体管和850个光器件的单片集成，实现了芯片间通信的片上光互连。但这些技术都没有实现用单片集成的光电芯片将输入光信号进行模数转换和数字信号处理。

因此，在高性能计算、光通信、微波光子学等领域，片上光互连技术、单一芯片光电集成技术、微波光子信号处理芯片技术已经成为亟待解决的关键性技术。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，提供一种单片集成的光信号模数转换和数字化处理芯片。

技术方案：一种单片集成的光电芯片，包括集成在衬底上的至少一个输入端、光信号处理单元、至少一个光探测器、至少一个电信号调理单元和至少一个模数转换器；

光信号由输入端经光波导输入至光信号处理单元，接着进入光探测器进行光电转换或拍频，然后通过电信号调理单元进行电信号处理，得到所需的信号，最后通过模数转换器进行模数转换，输出数字信号至数字信号处理单元。

其中，所述光信号处理单元为光混合耦合器、光解复用器和光混合耦合器的组合、双输出端口电光调制器或光功率分配器和双输出端口电光调制器的组合。

所述光信号处理单元为光功率分配器与光延时波导以及光耦合器的组合、光解复用器与光延时波导以及光复用器的组合或光混合耦合器与光偏振分束器以及光耦合器的组合。

所述光信号为单个光波长的信号或是含有多个光波长的信号。

所述输入端是输入端口耦合器或模斑转换器；输入端口耦合器为光栅耦合或端面耦合，耦合器的外表面镀有增透膜；所述光波导为集成光波导。

所述光探测器为独立的光探测器或平衡光探测器。

所述模数转换器的内部结构是逐次逼近结构、闪速结构、流水线结构、折叠与内插结构或是以上结构组成的混合结构，模数转换器中电数字信号的输出端口是串行输出或是含多根并排信号线的并行输出。

所述衬底的材质为半导体材料或有机化合物材料。

另一实施例，一种单片集成的光电芯片，包括集成在衬底上依次连接的输入端、光信号处理单元、光探测器、电信号调理单元和模数转换器；

其中，光信号由输入端经光波导输入至光信号处理单元；