硅基WDM光收发模块制造技术

本发明专利技术提供一种硅基WDM光收发模块，所述硅基WDM光收发模块包括：硅光子芯片，包括调制器阵列和探测器阵列；以及基于平面光波导技术实现的波分复用器及解复用器，所述波分复用器与所述调制器阵列通过封装连接，所述解复用器与所述探测器阵列通过封装连接。本发明专利技术通过将硅光子芯片和基于平面光波导技术（PLC）实现的波分复用及解复用芯片封装在一起实现WDM光模块，从而避免硅基波分复用/解复用器在工艺上的困难；并且，针对传统基于分立器件和PLC技术的WDM光收发模块，集成度低，功耗高的缺点，本发明专利技术通过采用硅光子技术将调制器阵列和探测器阵列集成在一起，可以大大提高光收发模块的集成度，降低功耗。

Silicon based WDM optical transceiver module

The invention provides a silicon WDM optical transceiver module, the silicon based WDM optical transceiver module includes: a silicon photonic chip, including modulator array and detector array; and based on planar optical waveguide technique of wavelength division multiplexer and demultiplexer, the multiplexer and the modulator array by package connection, the demultiplexer and the detector array is connected through the package. The silicon photonic chip and based on planar optical waveguide technology (PLC) to realize wavelength division multiplexing and demultiplexing chip package together to achieve WDM optical module, so as to avoid the silicon wave division multiplexer / demultiplexer in technical difficulties; and, for the traditional WDM optical transceiver module and discrete devices based on PLC technology, low integration, high power consumption. Thus, the invention adopts silicon photonic technology modulator array detector array and integrated together, can greatly improve the optical transceiver module integration, reduce power consumption.

【技术实现步骤摘要】
硅基WDM光收发模块
本专利技术属于半导体领域和光电集成领域，特别是涉及一种利用硅光子和PLC混合集成实现的硅基WDM光收发模块。
技术介绍
随着人们对信息传输、处理速度要求的不断提高和多核计算时代的来临，基于金属的电互连将会由于过热、延迟、电子干扰等缺陷成为发展瓶颈。而采用光互连来取代电互连，可以有效解决这一难题。在光互连的具体实施方案中，硅基光互连以其无可比拟的成本和技术优势成为首选。硅基光互连既能发挥光互连速度快、带宽大、抗干扰、功耗低等优点，又能充分利用微电子工艺成熟、高密度集成、高成品率、成本低廉等优势，其发展必将推动新一代高性能计算机、数据通信系统的发展，有着广阔的市场应用前景。此外，由于硅和二氧化硅的折射率差大(硅：3.5；二氧化硅：1.5)，对光场的限制能力强，可以实现亚微米的光波导和超小尺寸的硅光器件。硅基光互连的核心技术是在硅基上实现各种光功能器件，如硅基激光器芯片、电光调制器、光电探测器、滤波器、波分复用器、耦合器、分光器等。在硅基光电集成方面，Luxtera于2006年推出并行4通道4*10Gbps的光收发模块，将除光源外的光栅耦合器、调制器、探测器以及驱动电路和接收电路全部集成在一个单芯片中。2012年，Luxtera又推出了并行4通道4*28Gbps最新收发模块。然而并行通道需要用到多根光纤，通过波分复用技术，将不同波长的光复用到一个光纤中，如图所示。在接收端，在通过解复用器将不同波长的光解复用到不同的探测器。通过在硅基上实现各种光功能器件，如硅基激光器芯片、电光调制器、光电探测器、滤波器、波分复用器、耦合器、分光器等，实现完整的硅基WDM芯片，再封装成WDM光收发模块是人们的研究方向。然而，在实际的应用过程中，硅基波分复用器/解复用器面临以下困难：1)硅和二氧化硅的折射率差大，对线宽和SOI顶层硅厚度的精度要求高，造成线宽和SOI顶层硅厚度变化导致相移区相移变化，导致波长漂移；2)对侧壁的粗糙度要求高，造成侧壁粗糙导致随机相位误差，导致通道间的隔离度变差；3)硅和二氧化硅的折射率差大，硅基光器件是偏振敏感器件，而从光纤耦合到硅光子芯片的光的偏振状态是随机的，导致难于实现TE/TM偏振不相关的复用(MUX)/解复用器(Demux)；4)硅和二氧化硅的折射率差大，光波导的尺寸在亚微米量级，而光纤的模场尺寸在10微米量级，两者之间的模式尺寸失配严重，导致硅波导和光纤之间的耦合工艺困难，对对准精度的要求高。随着硅基光器件及硅基光互连系统的不断普及应用，如何开发出低成本、易加工的WDM光收发模块，成为本领域技术研发的一个重要目标。目前，传统基于平面光波导技术(PLC)的波分复用/解复用芯片已经成熟，并在传统基于分立器件的WDM光收发模块中得到广泛使用。在传统基于分离器件的WDM光收发模块中，直接调制激光器和探测器通常都是分立器件，通过封装技术将多个直接调制激光器、探测器、及基于PLC技术的波分复用/解复用芯片集成在一个模块内，面临尺寸大，功耗高等缺点。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种利用硅光子和PLC混合集成实现的硅基WDM光收发模块，用于解决现有技术中硅基WDM光收发模块集成难度高以及集成成本高的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种硅基WDM光收发模块，所述硅基WDM光收发模块包括：硅光子芯片，包括调制器阵列和探测器阵列；以及基于平面光波导技术实现的波分复用器及解复用器，所述波分复用器与所述调制器阵列通过封装连接，所述解复用器与所述探测器阵列通过封装连接。作为本专利技术的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，所述基于平面光波导技术实现的波分复用器及解复用器及所述硅光子芯片分别为独立设置的芯片。作为本专利技术的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，所述波分复用器及解复用器集成于同一个平面光波导芯片上或者分别设置于不同的平面光波导芯片上。作为本专利技术的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，所述调制器阵列包括多个通道的调制器。作为本专利技术的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，所述探测器阵列包括多个通道的探测器。作为本专利技术的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，还包括第一光纤耦合器，所述第一光纤耦合器与所述波分复用器集成于同一个平面光波导芯片上。优选地，所述平面光波导芯片通过所述第一光纤耦合器与单模光纤进行耦合。作为本专利技术的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，还包括第二光纤耦合器，所述第二光纤耦合器与所述解复用器集成于同一个平面光波导芯片上。优选地，所述平面光波导芯片通过所述第二光纤耦合器与单模光纤进行耦合。作为本专利技术的硅基WDM光收发模块的一种优选方案，还包括激光器芯片，所述激光器芯片与所述硅光子芯片通过封装连接。如上所述，本专利技术的硅基WDM光收发模块，具有以下有益效果：1)本专利技术通过将硅光子芯片和平面光波导(PLC)技术实现的波分复用及解复用芯片封装在一起实现WDM光模块，从而避免硅基波分复用/解复用器在工艺上的困难；2)通过波分复用技术，减小光纤数量，提高单通道的通信容量；3)本专利技术采用的PLC芯片中，芯层和覆层材料的折射率差小，对工艺精度要求低，偏振不敏感；折射率差小，相比于硅波导，PLC波导的尺寸与单模光纤的尺寸更接近，PLC波导和光纤之间的耦合更成熟，降低了耦合难度；4)针对传统基于分立激光器/探测器和PLC技术的WDM光收发模块，集成度低，功耗高的缺点，本专利技术通过采用硅光子技术将调制器阵列和探测器阵列集成在一起，可以大大提高光模块的集成度，降低功耗；5)利用硅光子监控探测器等器件，甚至可以对包括调制器的电驱动芯片(driver)和探测器的接收芯片实现多通道高速调制器和探测器阵列的集成。附图说明图1显示为本专利技术实施例1中的硅基WDM光收发模块的结构示意图。图2显示为本专利技术实施例2中的硅基WDM光收发模块的结构示意图。元件标号说明10硅光子芯片101调制器102探测器20、40、50平面光波导芯片201波分复用器202解复用器203第一光纤耦合器204第二光纤耦合器205单模光纤30激光器芯片301激光器具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1～图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例1如图1所示，本实施例提供一种硅基WDM光收发模块，所述硅基WDM光收发模块包括：硅光子芯片10，包括调制器101阵列和探测器102阵列；以及基于平面光波导技术实现的波分复用器201及解复用器202，所述波分复用器201及解复用器202集成在同一平面光波导芯片20上，所述波分复用器201与所述调制器101阵列通过封装连接，所述解复用器202与所述探测器102阵列通过封装连接。波分复用技术是在一根光纤中同时传输多波长光信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基WDM光收发模块，其特征在于，所述硅基WDM光收发模块包括：硅光子芯片，包括调制器阵列和探测器阵列；基于平面光波导技术实现的波分复用器及解复用器，所述波分复用器与所述调制器阵列通过封装连接，所述解复用器与所述探测器阵列通过封装连接。

【技术特征摘要】
1.一种硅基WDM光收发模块，其特征在于，所述硅基WDM光收发模块包括：硅光子芯片，包括调制器阵列和探测器阵列；基于平面光波导技术实现的波分复用器及解复用器，所述波分复用器与所述调制器阵列通过封装连接，所述解复用器与所述探测器阵列通过封装连接。2.根据权利要求1所述的硅基WDM光收发模块，其特征在于：所述基于平面光波导技术实现的波分复用器及解复用器及所述硅光子芯片分别为独立设置的芯片。3.根据权利要求1所述的硅基WDM光收发模块，其特征在于：所述波分复用器及解复用器集成于同一个平面光波导芯片上或者分别设置于不同的平面光波导芯片上。4.根据权利要求1所述的硅基WDM光收发模块，其特征在于：所述调制器阵列包括多个通道的调制器。5.根据权利要求1所述的硅基WDM光收发模块，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇超，虞婷婷，武爱民，盛振，高腾，甘甫烷，赵颖璇，李军，
申请(专利权)人：上海新微科技服务有限公司，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，中科院南通光电工程中心，
类型：发明
国别省市：上海,31