一种硅光子芯片高度集成多通道光收发模块和有源光缆制造技术

本发明专利技术公开了一种硅光子芯片高度集成多通道光收发模块，其包括：硅光子集成芯片、电路集成芯片、组装印刷线路板，硅光子集成芯片、电路集成芯片均集成在组装印刷线路板上，硅光子集成芯片包括硅光子发射芯片和硅光子接收芯片，电路集成芯片包括电路集成发射芯片和电路集成接收芯片，电路集成发射芯片通过导线与硅光子发射芯片连接，硅光子发射芯片通过光纤跳线连接至光纤活动连接器上，电路集成接收芯片通过导线与硅光子接收芯片连接，硅光子接收芯片通过光纤跳线连接至光纤活动连接器上。本发明专利技术基于先进的硅光子芯片集成技术，提供一种集成化、低功耗、低成本的100Gbps高速硅光子收发模块和有源光缆。

A silicon photon chip highly integrated multichannel optical transceiver module and active optical cable

\u672c\u53d1\u660e\u516c\u5f00\u4e86\u4e00\u79cd\u7845\u5149\u5b50\u82af\u7247\u9ad8\u5ea6\u96c6\u6210\u591a\u901a\u9053\u5149\u6536\u53d1\u6a21\u5757\uff0c\u5176\u5305\u62ec\uff1a\u7845\u5149\u5b50\u96c6\u6210\u82af\u7247\u3001\u7535\u8def\u96c6\u6210\u82af\u7247\u3001\u7ec4\u88c5\u5370\u5237\u7ebf\u8def\u677f\uff0c\u7845\u5149\u5b50\u96c6\u6210\u82af\u7247\u3001\u7535\u8def\u96c6\u6210\u82af\u7247\u5747\u96c6\u6210\u5728\u7ec4\u88c5\u5370\u5237\u7ebf\u8def\u677f\u4e0a\uff0c\u7845\u5149\u5b50\u96c6\u6210\u82af\u7247\u5305\u62ec\u7845\u5149\u5b50\u53d1\u5c04\u82af\u7247\u548c\u7845\u5149\u5b50\u63a5\u6536\u82af\u7247\uff0c\u7535\u8def\u96c6\u6210\u82af\u7247\u5305\u62ec\u7535\u8def\u96c6\u6210\u53d1\u5c04\u82af\u7247\u548c\u7535\u8def\u96c6\u6210\u63a5\u6536\u82af\u7247\uff0c\u7535\u8def\u96c6\u6210\u53d1\u5c04\u82af\u7247\u901a\u8fc7\u5bfc\u7ebf\u4e0e\u7845\u5149\u5b50\u53d1\u5c04\u82af\u7247\u8fde\u63a5\uff0c\u7845\u5149\u5b50\u53d1\u5c04\u82af\u7247\u901a\u8fc7\u5149\u7ea4\u8df3\u7ebf\u8fde\u63a5\u81f3\u5149\u7ea4\u6d3b\u52a8\u8fde\u63a5\u5668\u4e0a\uff0c\u7535\u8def\u96c6\u6210\u63a5\u6536\u82af\u7247\u901a\u8fc7\u5bfc\u7ebf\u4e0e\u7845\u5149\u5b50\u63a5\u6536\u82af\u7247\u8fde\u63a5\uff0c\u7845\u5149\u5b50\u63a5\u6536\u82af\u7247\u901a\u8fc7\u5149\u7ea4\u8df3\u7ebf\u8fde\u63a5\u81f3\u5149\u7ea4\u6d3b\u52a8\u8fde\u63a5\u5668\u4e0a\u3002 Based on advanced silicon photonic chip integration technology, the invention provides an integrated, low power and low cost 100Gbps high speed silicon photon transceiver module and active optical cable.

【技术实现步骤摘要】
一种硅光子芯片高度集成多通道光收发模块和有源光缆
本专利技术涉及通信领域，尤其涉及一种硅光子芯片高度集成多通道光收发模块和有源光缆。
技术介绍
随着大数据、云计算、物联网以及5G移动通讯等技术的加速发展，促使网络数据流量急剧增长，这使得宽带接入、城域互联网、骨干网以及数据中心的互连对于数据通讯的带宽和速率要求大大提升。目前全球光纤通讯行业正在向着高度集成化和低功耗的方向发展，光通讯器件作为光通讯行业的上游产品，在数据通讯领域起到关键作用。因此，如何实现光通讯器件的小型化、集成化、低功耗和低成本已成为当前光通讯行业乃至数据即服务市场的迫切需求。光模块和有源光缆是光通讯互连的有效解决方案，其生产依赖于光器件产业。传统的光器件生产模式的特点是“分立”的，当前常用的光器件的结构单元：调制/解调制器、半导体激光器、探测器与放大器都是采用完全不同的工艺、分离式制造的。例如基于磷化铟(化学式：InP)材料制备的激光器，基于铌酸锂(化学式：LiNO3)材料制备的光信号调制器，基于二氧化硅/硅(化学式：SiO2/Si)和磷砷化镓铟/磷化铟(化学式：InGaAsP/InP)材料制备的波分复用器，基于Ge/Si和砷化镓(化学式：GaAs)等材料制备的光探测器等。这些分立的单元制造完成后，再组装成光电子模块，在此过程中需要人力密集型的劳动，这就导致了成本高、外形尺寸大、可靠性低和性能限制等一系列弊端。另外一方面，从工艺标准来看，由于缺乏统一的工艺标准，各光器件公司为了节约成本而采用“小作坊”式的经营发展模式，这就导致了产品良率低，产量低，以及不同产品之间的兼容性问题。此外，任何涉足光器件行业领域的企业必须自备超洁净室和全套金属有机化学气相沉积法(英文名称：MetalOrganicChemicalVaporDeposition，简称：MOCVD)设备，厂商自己要为材料、工艺、设计、质量和成品率负责。这种“垂直集成”的产业模式造成了投资规模和产出的不对称，导致每个厂商的资金投入和运营成本居高不下，没有规模效应。因此，光器件成本高，产量低，单条生产线的收益不佳，同时又缺乏灵活性，对市场需求起伏的承受能力差。硅光子芯片技术不同于传统光通讯器件的分离生产、组装式的生产工艺，它集成了SOI和CMOS工艺平台技术，使得集成光子芯片的开发、生产与当前主流半导体工业有机融合，为高带宽、高速率、低成本和低能耗的光通讯产业提供了新的解决方案。所谓硅基光电子学就是结合了光的极高带宽、超快速率、高抗干扰特性，以及微电子技术在大规模、低能耗、低成本等方面的优势，研究和开发以光子和电子为信息载体的硅基大规模光电路集成技术。其核心内容就是研究如何将光电子器件“小型化”、“硅片化”并与纳米电子器件相集成，即利用硅或者与硅兼容的其他材料，以光子和电子为载体的信息功能器件，形成一个完整的具有综合功能的新型大规模光电路集成芯片。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种硅光子芯片高度集成多通道光收发模块和有源光缆，基于先进的硅光子芯片集成技术，提供一种集成化、低功耗、低成本的100Gbps高速硅光子收发模块和有源光缆。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种硅光子芯片高度集成多通道光收发模块，硅光子集成芯片、电路集成芯片、组装印刷线路板，所述硅光子集成芯片、电路集成芯片均集成在所述组装印刷线路板上，所述硅光子集成芯片包括硅光子发射芯片和硅光子接收芯片，所述电路集成芯片包括电路集成发射芯片和电路集成接收芯片，所述电路集成发射芯片通过导线与所述硅光子发射芯片连接，所述硅光子发射芯片通过光纤跳线连接至光纤活动连接器上，所述电路集成接收芯片通过导线与所述硅光子接收芯片连接，所述硅光子接收芯片通过光纤跳线连接至所述光纤活动连接器上。优选地，所述硅光子发射芯片包括包括：分布式反馈激光器阵列、Ge/Si波导电调制吸收器阵列、绝热V型槽光纤固定阵列；所述硅光子接收芯片包括：Ge波导光电探测器阵列、绝热V型槽光纤固定阵列；所述电路集成发射芯片包括：Ge/Si电调制吸收驱动器阵列、时钟数据恢复CDR、互补金属氧化物半导体放大器、非归零码电整流信号输入、NRZ电整流信号输出；所述电路集成接收芯片包括：跨阻放大器、时钟数据恢复CDR、互补金属氧化物半导体放大器、NRZ信号输入、NRZ电整流信号输出。优选地，所述分布式反馈激光器阵列中的激光器为Ge/Si多重量子阱分布式反馈激光器，分布式反馈激光器由底层到上层依次包括：硅衬底、二氧化硅层、硅波导、n型硅接触层、本征硅层、Ge/Si多重量子阱层、本征硅层、P型硅接触层，多通道的Ge/Si多重量子阱层直接生长在硅衬底上，并倒装在硅波导上方。优选地，所述Ge/Si波导电调制吸收器阵列与CMOS放大器兼容，单通道的Ge/Si波导电调制吸收器的NRZ调制频率达30Gbps，峰值消光比为7.5dB，射频调制带宽不低于40GHz，Ge/Si波导电调制吸收器的基座为渠沟，在所述渠沟的上表面设置有一个Ge调制器，所述Ge调制器的一自由端与所述渠沟的侧边齐平，所述Ge调制器的另一自由端与Si锥形体的短边对接，所述Si锥形体的长边与SOI波导对接，所述SOI波导与所述渠沟的另一个侧边齐平。优选地，所述绝热V型槽光纤固定阵列集成在所述硅光子发射芯片或所述硅光子接收芯片上，所述绝热V型槽光纤固定阵列包括若干V型槽，每个V型槽中均设有一个SOI波导，V型槽内每根单模光纤与SOI波导的耦合损耗小于1dB。优选地，所述Ge波导光电探测器阵列集成在所述硅光子接收芯片上，所述Ge波导光电探测器阵列与CMOS放大器兼容，射频带宽不低于40GHz，波长探测范围1270-1600nm。优选地，所述Ge/Si电调制吸收驱动器阵列是时钟数据恢复CDR与28nm的互补金属氧化物半导体放大器集成在一颗硅基芯片上，支持4x25Gbps的NRZ电整流信号输入功能以及4x25Gbps的NRZ信号输出功能。优选地，所述跨阻放大器集成时钟数据恢复CDR与28nm互补金属氧化物半导体放大器，支持4x25Gbps的NRZ信号输入功能，4x25Gbps的NRZ电整流信号输出功能。优选地，所述组装印刷线路板集成一个微型控制芯片和一个直流变换器，所述硅光子集成芯片、电路集成芯片通过焊线与打线与所述组装印刷线路板连接。优选地，一种有源光缆，其包括：硅光子集成芯片、电路集成芯片、组装印刷线路板、8芯G.655单模光纤，所述硅光子集成芯片包括硅光子发射芯片和硅光子接收芯片，所述电路集成芯片包括电路集成发射芯片和电路集成接收芯片，所述电路集成发射芯片通过导线与所述硅光子发射芯片连接，所述硅光子发射芯片通过G.655单模光纤连接至皮套光缆上，所述电路集成接收芯片通过导线与所述硅光子接收芯片连接，所述硅光子接收芯片通过G.655单模光纤连接至皮套光缆上；所述组装印刷线路板集成一个微型控制芯片和一个直流变换器，所述的硅光子集成芯片、电路集成芯片通过焊接与打线与组装印刷线路板连接；8芯G.655单模光纤通过绝热V型槽与激光器阵列、光探测器阵列被动准直耦合。本专利技术的技术效果：1、本专利技术可直接将集成化的硅光子芯片和电芯片安装到硅衬底基板上，相比于传统的光电子元件分离式生产的有缘光缆能减少50％以上零件数量。此外，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅光子芯片高度集成多通道光收发模块，其特征在于，其包括：硅光子集成芯片、电路集成芯片、组装印刷线路板，所述硅光子集成芯片、电路集成芯片均集成在所述组装印刷线路板上，所述硅光子集成芯片包括硅光子发射芯片和硅光子接收芯片，所述电路集成芯片包括电路集成发射芯片和电路集成接收芯片，所述电路集成发射芯片通过导线与所述硅光子发射芯片连接，所述硅光子发射芯片通过光纤跳线连接至光纤活动连接器上，所述电路集成接收芯片通过导线与所述硅光子接收芯片连接，所述硅光子接收芯片通过光纤跳线连接至所述光纤活动连接器上。

【技术特征摘要】
1.一种硅光子芯片高度集成多通道光收发模块，其特征在于，其包括：硅光子集成芯片、电路集成芯片、组装印刷线路板，所述硅光子集成芯片、电路集成芯片均集成在所述组装印刷线路板上，所述硅光子集成芯片包括硅光子发射芯片和硅光子接收芯片，所述电路集成芯片包括电路集成发射芯片和电路集成接收芯片，所述电路集成发射芯片通过导线与所述硅光子发射芯片连接，所述硅光子发射芯片通过光纤跳线连接至光纤活动连接器上，所述电路集成接收芯片通过导线与所述硅光子接收芯片连接，所述硅光子接收芯片通过光纤跳线连接至所述光纤活动连接器上。2.如权利要求1所述的硅光子芯片高度集成多通道光收发模块，其特征在于，所述硅光子发射芯片包括包括：分布式反馈激光器阵列、Ge/Si波导电调制吸收器阵列、绝热V型槽光纤固定阵列；所述硅光子接收芯片包括：Ge波导光电探测器阵列、绝热V型槽光纤固定阵列；所述电路集成发射芯片包括：Ge/Si电调制吸收驱动器阵列、时钟数据恢复CDR、互补金属氧化物半导体放大器、非归零码电整流信号输入、NRZ电整流信号输出；所述电路集成接收芯片包括：跨阻放大器、时钟数据恢复CDR、互补金属氧化物半导体放大器、NRZ信号输入、NRZ电整流信号输出。3.如权利要求2所述的硅光子芯片高度集成多通道光收发模块，其特征在于，所述分布式反馈激光器阵列中的激光器为Ge/Si多重量子阱分布式反馈激光器，分布式反馈激光器由底层到上层依次包括：硅衬底、二氧化硅层、硅波导、n型硅接触层、本征硅层、Ge/Si多重量子阱层、本征硅层、P型硅接触层，多通道的Ge/Si多重量子阱层直接生长在硅衬底上，并倒装在硅波导上方。4.如权利要求2所述的硅光子芯片高度集成多通道光收发模块，其特征在于，所述Ge/Si波导电调制吸收器阵列与CMOS放大器兼容，单通道的Ge/Si波导电调制吸收器的NRZ调制频率达30Gbps，峰值消光比为7.5dB，射频调制带宽不低于40GHz，Ge/Si波导电调制吸收器的基座为渠沟，在所述渠沟的上表面设置有一个Ge调制器，所述Ge调制器的一自由端与所述渠沟的侧边齐平，所述Ge调制器的另一自由端与Si锥形体的短边对接，所述Si锥形体的长边与SOI波导对接，所述SOI波导与所述渠沟的另...

【专利技术属性】
技术研发人员：施伟明，沈笑寒，徐虎，孙权，蔡寅舟，杨晓佳，
申请(专利权)人：江苏亨通光网科技有限公司，江苏亨通光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32