具有集成在同一芯片上的光学分离器及调制器的光学互连件制造技术

一种交换机模块包含交换机集成电路IC、InP芯片及平面光波电路PLC。所述InP芯片可包含多个光源、光学分离器及多个调制器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成在同一芯片上的光学分离器及调制器的光学互连件
技术介绍
本申请案大体上涉及光纤通信，且更特定来说,涉及具有光纤连接的交换装置。我们基于云的基础设施中的大部分是基于数据中心中的大量服务器对数据的存储及处理。这些服务器通过各种配置的交换机网络连接。典型的拓扑可能是连接到机架顶部(TOR)交换机的机架中的由96个服务器组成的大型群组。这些TOR交换机连接到聚合或叶片式交换机，其又连接到主干交换机。主干交换机互连以形成巨大的网络，其中每一服务器可在系统中的各个链路上下相互连接。一般来说，使用当前技术，服务器通过10Gb/s以太网铜链路连接到机架顶部交换机，而主干交换机通过40Gb/s或100Gb/s光纤彼此连接。随着数据中心变得更大并且速度增加，互连件中具有从有源光缆及多模光纤到具有更高性能的单模光纤的趋势。交换机模块自身原则上相对简单。在其核心处，存在一或多个高速交换机IC，其基于数据分组的地址将数据分组从一个通道移动到另一通道。最新一代高性能交换机IC在每一通道中可能有128个25Gb/s的通道，组成流入及流出中央交换机IC的3.2Tb的数据。数据通过前面板经由光学收发器进入及离开交换机模块，其中通常每一光纤在4×10Gb/s或4×25Gb/s的4个波长通道中承载40Gb/s或100Gb/s。这些收发器产生或接收光学信号，尤其是那些以更高速度运行的信号，且可包含再生信号的时钟及数据恢复(CDR)电路。收发器使用电链路连接到中央交换机IC，电链路在主板上路由并向上到交换机IC的电子封装中。由于高速信号仅在几英寸行程期间快速降级，因此CDR可在电互连件中重复使用。交换机芯片自身通常也包含CDR。此外，CDR还可能需要使用均衡电路以在时钟及/或数据恢复之前提供信号调节。鉴于通道数目众多，模块的互连件密度及功率消耗可能成为系统的瓶颈。图1B展示交换机外壳的前部155。交换机外壳通常将包含交换机IC，通常在大型散热器中。此IC的功耗约为200W，因此通常需要大的散热片及良好的空气流动。交换机外壳通常还包含电力供应器及用于冷却的风扇。如图1B中可见，前面板几乎完全覆盖有用于光学收发器的插口151a到n，并且还可包含用于其它目的的插口153。光学收发器的成本可能很高，有时甚至比交换机更昂贵。交换机供应商通常通过这些收发器的前面板密度进行门控，并且取决于交换机是用于机架顶部式、叶片式还是主干式，端口的数目可为几个到几百个。应注意，交换机模块的前面板完全由收发器覆盖。随着交换机IC的性能改进，交换机模块甚至受到架构约束的更多约束。具有128个25Gb/s的通道的电流交换机IC可加倍到256个25Gb/s的通道，其可能又加倍到256个50Gb/s的通道，可能每一50Gb/s通道实际运行在25千兆波特(Gigabauds)，但使用使带宽加倍的先进PAM4调制。随着通道数目及调制速度增加，通常对均衡及功率消耗的需要也增加。因此，常规交换机受到连接到前面板中的光学收发器的中央交换机IC的架构的严重限制，并且约束随着新一代交换机的出现而增加。这些约束可包含：-光学收发器的成本。-功率消耗，其中当数据从交换机IC来回转移且转移到收发器内/外时，可能在均衡/再生电信号中消耗总功率的30％-50％。前面板上的光学收发器可能消耗相当大的功率，其中空气流动通常受到限制。-面板密度-收发器的大小使得人们只能在前面板上获得有限的数目，且因此只能从交换机的前面板获得有限的带宽。
技术实现思路
本专利技术的方面提供一种交换机模块，其包括：交换机集成电路(IC)芯片，其包含用于将输入路由到交换机IC芯片的输出的交换机；硅光子芯片，其包含用于将第一光学信号转换成第一电信号的光电检测器及用于根据第二电信号调制第二光学信号的调制器，光电检测器的输出耦合到交换机IC芯片的输入且交换机IC芯片的输出耦合到调制器；平面光波电路(PLC)，其光学耦合到硅光子芯片的光电检测器及调制器。本专利技术的方面提供一种交换机模块，其包括：交换机集成电路(IC)，其经配置以接收及传输电信号，其中电信号在交换机IC的各个输入与输出之间路由；硅光子芯片，其耦合到交换机IC，硅光子IC经配置以将光学信号转换成提供给交换机IC的电信号，并基于从交换机IC接收的电信号调制来自光源的光；平面光波电路(PLC)芯片，其包括：多个第一波导，其各自经配置以从多个光源中的至少一者接收光并将多个光源中的至少一者输出到硅光子芯片；及多路复用器，其具有多个输入及输出，所述多路复用器经配置以使用由硅光子芯片提供的调制光在波长选择的基础上产生光学信号。在阅读本专利技术后，可更全面地理解本专利技术的这些及其它方面。附图说明通过实例说明本专利技术的方面。图1A是根据本专利技术的方面的交换机模块的框图。图1B(现有技术)展示具有交换机IC及具有用于光学收发器的插口的交换机外壳。图2说明根据本专利技术的方面的包含交换机IC及光学模块的交换机封装。图3展示使用硅光子IC的架构，其具有内置调制器及接收器以及电子器件。图4展示角度抛光的PLC，其直接连接到MTP或阵列光纤连接器。图5展示四元架构，其中四个激光器耦合到四个组合件的阵列中，其与先前描述的架构有些类似。图6展示PLC上的潜在路由。图7展示8个模块的完整组合件，每一模块与交换机IC一起运行16个400Gb/s封装的通道。图8说明根据本专利技术的方面的包含备用激光器的PLC。图9说明根据本专利技术的方面的可提供锁定激光器波长所需的反馈的PLC。图10说明根据本专利技术的方面的耦合到PLC的增益芯片。图11说明根据本专利技术的方面的类似于先前描述的架构的四元架构的结构。图12展示根据本专利技术的方面的另一架构的结构。图13是根据本专利技术的方面的与调制器集成的光源的图。图14是根据本专利技术的方面的与芯片上的调制器集成的光源的另一图。图15说明根据本专利技术的方面的系统。图16说明根据本专利技术的方面的使用MEMS耦合将硅光子芯片耦合到激光器阵列的系统。具体实施方式图1是根据本专利技术的方面的交换机模块的框图。交换机模块包含交换机IC芯片111、硅光子芯片121及PLC123。光源模块125耦合到PLC，用于光纤线路的连接器127也是如此。交换机IC芯片及硅光子芯片经电耦合以便于在其自身之间传递电数据，而硅光子芯片及PLC经配置以在其自身之间传递光学数据。光源模块(例如可包含多个激光器或光学增益芯片)也光学耦合到PLC。在操作中，交换机模块通过光纤线路接收及传输光学数据。所接收的光学数据由PLC提供给硅光子芯片，其中硅光子芯片将所接收的光学数据转换成所接收的电数据。所接收的电数据被传递到交换机IC芯片，所述交换机IC芯片确定数据的路由，其可包含将数据的至少一些路由回硅光子芯片作为用于传输的电数据。硅光子芯片使用例如来自光源模块的光将用于传输的电数据转换成用于传输的光学数据，所述光源模块由PLC提供给硅光子芯片。用于传输的光学数据通过PLC传递到连接器127，并通过光纤线路发送。交换机IC芯片包含交换机113，其在交换机输入与交换机输出之间路由数据。数据的路由一般由交换机IC芯片处理器115控制，交换机IC芯片处理器115例如可利用数据的信息(例如在分组报头中)以及由处理器维护的路由表来确定交换机输入与交换机输出之间的数据路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于交换机的光学模块，其包括：多个芯片，其具有多个光源，所述多个光源经配置以产生光，特定芯片上的所述光源经配置以产生对于所述芯片来说大约共同波长的光，其中不同芯片上的光源经配置以产生不同波长的光；多个光学分离器，其中每一光学分离器具有输入及输出，并且经配置以分离由所述多个芯片中的一者产生的光；及多个调制器阵列，其位于硅光子芯片上，其中所述多个调制器阵列中的每一者包含多个调制器，并且经配置以调制由所述多个光学分离器中的一者提供的光并产生经调制光信号；平面光波电路PLC，其耦合到所述硅光子芯片并且经配置以将来自所述多个调制器阵列中的每一者的所述调制光信号组合成光信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.21 US 62/311,3021.一种用于交换机的光学模块，其包括：多个芯片，其具有多个光源，所述多个光源经配置以产生光，特定芯片上的所述光源经配置以产生对于所述芯片来说大约共同波长的光，其中不同芯片上的光源经配置以产生不同波长的光；多个光学分离器，其中每一光学分离器具有输入及输出，并且经配置以分离由所述多个芯片中的一者产生的光；及多个调制器阵列，其位于硅光子芯片上，其中所述多个调制器阵列中的每一者包含多个调制器，并且经配置以调制由所述多个光学分离器中的一者提供的光并产生经调制光信号；平面光波电路PLC，其耦合到所述硅光子芯片并且经配置以将来自所述多个调制器阵列中的每一者的所述调制光信号组合成光信号。2.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述多个光学分离器位于所述硅光子芯片上。3.根据权利要求1所述的光学模块，其中经配置以产生光的所述多个芯片是磷化铟芯片，并且所述多个光学分离器位于所述磷化铟芯片上。4.根据权利要求1所述的光学模块，其中在特定时间激活来自所述多个芯片中的每一者的所述多个光源中的仅一者。5.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述多个芯片中的每一者包括四个激光器。6.根据权利要求5所述的光学模块，其中所述多个光学分离器包括四个光学分离器，其中每一光学分离器包括四个输入及四个输出。7.根据权利要求6所述的光学模块，其中所述多个调制器阵列包括四个调制器阵列，其中每一调制器阵列包括四个调制器。8.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述PLC包括多路复用器，所述多路复用器中...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴蒂阿·佩泽什基，约翰·希纽，卢卡斯·索尔达诺，查尔斯·阿姆斯登，
申请(专利权)人：凯亚光电，
类型：发明
国别省市：美国,US