一种单模光纤双向光收发器制造技术

本发明专利技术提供一种单模光纤双向光收发器，包括光发射模块、光接收模块、模斑变换结构和基于氮化硅工艺制作的波分复用模块；光发射模块与波分复用模块的上行光信号发送端连接，波分复用模块的下行光信号接收端和光接收模块通过模斑变换结构耦合连接，波分复用模块的光纤连接端通过光纤连接光线路终端，光接收模块、波分复用模块和模斑变换结构通过硅光子技术集成在同一硅基片上，光发射模块复合集成在所述硅基片上。本发明专利技术可实现波分复用模块与光接收模块、光发射模块和光纤之间的有效耦合，波导尺寸均匀，可有效降低信号损耗、减少伪反射且对环境温度不敏感。

A single mode fiber bidirectional optical transceiver

The present invention provides a bidirectional optical fiber transceiver, including optical transmitter module, receiver module, spotsize transform structure and fabrication process of silicon nitride based on wavelength division multiplexing module; uplink optical signal transmitting optical transmitter module with wavelength division multiplexing module connected, WDM module downlink optical signal receiver and the light receiving module is connected by speckle transform structure coupling, WDM optical fiber module connecting end optical line terminal through optical fiber, optical receiver module, WDM module and spotsize transform structure are integrated on the same silicon substrate by silicon photonic technology, optical transmitter module composite integrated on the silicon substrate. The invention can realize wavelength division multiplexing module and optical receiving module, light emitting module and the coupling between optical fiber and waveguide size uniform, can effectively reduce the signal loss, reduce pseudo reflection and not sensitive to environmental temperature.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例属于光纤通信
，尤其涉及一种单模光纤双向光收发器。
技术介绍
随着光纤通信技术的不断发展，各种光纤收发器件层出不穷，为光网络信号的传输带来了极大便利。目前，传统的BOSA组件(Bi-DirectionalOpticalSub-Assembly，双向光收发组件)是集发射和接收于一体的光电转换器件，可实现光信号的双向传输功能，是目前光通信器件中的主要器件。双向光收发组件，通常包括激光器、光电调制器、光电检测器、跨阻放大器(TIA)、光耦合器、波分复用/解复用器、滤波器等。其中，激光器、光电调制器、光电检测器、跨阻放大器(TIA)普遍采用III-V族(InP，GaAs等)复合半导体工艺制作，与当前的硅半导体CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺不兼容，需要与光耦合器、波分复用/解复用器、滤波器等无源光学器件组装在一起构成BOSA组件，才能应用于PON(PassiveOpticalNetwork，无源光纤网络)等光互连应用场景。此外，由于III-V族复合半导体材料的产量低、制造成本高昂，增加了光收发模组的制造成本、功耗和复杂度，并限制了光收发模组的通道密度和集成度的进一步提升，这些问题阻碍了传统光互连技术在下一代数据中心、光纤入户和5G无线通信中的应用。硅光子(SiliconPhotonics)技术，作为一种革命性的硅基光电子技术，解决了传统光互连系统存在的上述问题。基于硅光子技术的硅光芯片采用与传统硅基半导体CMOS工艺兼容的制造工艺，实现了集成光路和集成电路的高度集成，基于硅光子技术的BOSA组件，具有宽带宽、通道密度高、集成度高、功耗低、制造成本低的优点。然而，由于硅具有很高的折射率，硅波导的截面尺寸远远小于光纤的截面，不利于在硅基波导与光纤之间实现较高的耦合效率，增加了光通信链路的信号损耗；此外，高对比度的硅基波导容易造成伪反射，其制造过程所引起的波导尺寸的不均匀性，也会引起硅基波导有效折射率的变化，并且环境温度变化也会对硅波导的波长选择性能造成一定的影响。这些硅基波导存在的问题导致硅基被动器件与主动器件之间的光耦合效率仍然难以满足实际商用光互连应用的要求。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种单模光纤双向光收发器，其基于氮化硅工艺实现单模光纤双向光收发器所需的波分复用模块，并利用氮化硅波导实现与单模光纤和其他硅基主动器件的光耦合，进而解决了硅基波导用于实现光学耦合所存在的一系列问题。本专利技术实施例提供一种单模光纤双向光收发器，其包括光发射模块、光接收模块、模斑变换结构和基于氮化硅工艺制作的波分复用模块；所述光发射模块与所述波分复用模块的上行光信号发送端连接，所述波分复用模块的下行光信号接收端和光接收模块通过所述模斑变换结构耦合连接，所述波分复用模块的光纤连接端通过单模光纤连接光线路终端，所述光接收模块、所述波分复用模块和所述模斑变换结构通过硅光子技术集成在同一硅基片上，所述光发射模块复合集成在所述硅基片上；所述光发射模块根据调制信号发出上行光信号至所述波分复用模块，所述波分复用模块通过所述单模光纤将所述上行光信号发送至所述光线路终端；所述波分复用模块通过所述单模光纤接收所述光线路终端发送的下行光信号，所述光接收模块接收所述下行光信号并对所述下行光信号进行处理后输出。在一个实施例中，所述模斑变换结构包括氮化硅波导、SOI波导、缓冲层和硅衬底层；所述氮化硅波导和所述SOI波导在所述缓冲层的上表面相互耦合连接，所述缓冲层设置在所述硅衬底层的上表面，所述氮化硅波导的主截面和侧截面均为矩形，所述SOI波导上靠近所述氮化硅波导的一端的主截面为锥形、侧截面为阶梯形，所述SOI波导上远离所述氮化硅波导的一端的主截面和侧截面均为矩形，所述氮化硅波导的直径大于所述SOI波导的直径。在一个实施例中，所述氮化硅波导上远离所述SOI波导的一端还包括氮化硅增厚层，所述氮化硅增厚层的主截面和侧截面均为矩形。在一个实施例中，所述波分复用模块为光栅耦合器或者一分二的非对称多模干涉分波器。在一个实施例中，所述非对称多模干涉分波器为基于氮化硅工艺制作的非对称马赫增德尔干涉仪。在一个实施例中，还包括光隔离模块，所述光隔离模块连接在所述光发射模块和所述波分复用模块的上行光信号发送端之间，所述光隔离模块阻止所述光线路终端发送的下行光信号进入所述光发射模块。在一个实施例中，所述光接收模块包括光电转换单元、放大单元和稳压单元；所述光电转换单元连接在所述波分复用模块的下行光信号接收端和所述放大单元之间，所述稳压单元与所述光电转换单元连接；所述稳压单元向所述光电转换单元输出恒定的工作电压信号，所述光电转换单元根据所述工作电压信号将所述下行光信号转换为电信号，所述放大单元对所述电信号进行放大后输出。在一个实施例中，所述放大单元包括跨阻放大器和限幅放大器，所述跨阻放大器与所述光电转换单元连接，所述限幅放大器与所述跨阻放大器连接。在一个实施例中，所述光发射模块包括激光驱动单元和激光发射单元；所述激光发射单元连接在所述波分复用模块的上行光信号发送端和所述激光驱动单元之间，所述激光驱动单元通过硅光子技术或者3D内插器技术集成在所述硅基片上，所述激光发射模块焊接在所述硅基片上；所述激光驱动单元根据调制信号发出驱动信号，所述激光发射单元根据所述驱动信号发出所述上行光信号。在一个实施例中，所述激光发射模块包括电光调制驱动单元、激光发射单元和电光调制单元；所述电光调制驱动单元和所述激光发射单元均与所述电光调制单元连接，所述电光调制单元与所述波分复用模块的上行光信号发送端连接，所述电光调制驱动单元通过硅光子技术或者3D-内插器技术集成在所述硅基片上，所述电光调制单元通过硅光子技术集成在所述硅基片上，所述激光发射模块焊接在所述硅基片上；所述激光发射单元发射激光信号，所述电光调制驱动单元根据调制信号发出驱动信号，所述电光调制单元根据所述驱动信号对所述激光信号进行调制，得到所述上行光信号。本专利技术实施例通过基于氮化硅工艺制作的波分复用模块，来实现光信号的波分复用和解复用，通过采用模斑变换结构，实现波分复用模块和光接收模块之间的有效耦合，波导尺寸均匀，可有效降低信号损耗、减少伪反射且对环境温度不敏感。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的一个实施例提供的单模光纤双向光收发器的结构示意图；图2是本专利技术的一个实施例提供的模斑变换结构的侧截面示意图；图3是本专利技术的一个实施例提供的模斑变换结构的主截面示意图；图4是本专利技术的另一个实施例提供的单模光纤双向光收发器的结构示意图；图5是本专利技术的再一个实施例提供的单模光纤双向光收发器的结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单模光纤双向光收发器，其特征在于，包括光发射模块、光接收模块、模斑变换结构和基于氮化硅工艺制作的波分复用模块；所述光发射模块与所述波分复用模块的上行光信号发送端连接，所述波分复用模块的下行光信号接收端和光接收模块通过所述模斑变换结构耦合连接，所述波分复用模块的光纤连接端通过单模光纤连接光线路终端，所述光接收模块、所述波分复用模块和所述模斑变换结构通过硅光子技术集成在同一硅基片上，所述光发射模块复合集成在所述硅基片上；所述光发射模块根据调制信号发出上行光信号至所述波分复用模块，所述波分复用模块通过所述单模光纤将所述上行光信号发送至所述光线路终端；所述波分复用模块通过所述单模光纤接收所述光线路终端发送的下行光信号，所述光接收模块接收所述下行光信号并对所述下行光信号进行处理后输出。

【技术特征摘要】
1.一种单模光纤双向光收发器，其特征在于，包括光发射模块、光接收模块、模斑变换结构和基于氮化硅工艺制作的波分复用模块；所述光发射模块与所述波分复用模块的上行光信号发送端连接，所述波分复用模块的下行光信号接收端和光接收模块通过所述模斑变换结构耦合连接，所述波分复用模块的光纤连接端通过单模光纤连接光线路终端，所述光接收模块、所述波分复用模块和所述模斑变换结构通过硅光子技术集成在同一硅基片上，所述光发射模块复合集成在所述硅基片上；所述光发射模块根据调制信号发出上行光信号至所述波分复用模块，所述波分复用模块通过所述单模光纤将所述上行光信号发送至所述光线路终端；所述波分复用模块通过所述单模光纤接收所述光线路终端发送的下行光信号，所述光接收模块接收所述下行光信号并对所述下行光信号进行处理后输出。2.如权利要求1所述的单模光纤双向光收发器，其特征在于，所述模斑变换结构包括氮化硅波导、SOI波导、缓冲层和硅衬底层；所述氮化硅波导和所述SOI波导在所述缓冲层的上表面相互耦合连接，所述缓冲层设置在所述硅衬底层的上表面，所述氮化硅波导的主截面和侧截面均为矩形，所述SOI波导上靠近所述氮化硅波导的一端的主截面为锥形、侧截面为阶梯形，所述SOI波导上远离所述氮化硅波导的一端的主截面和侧截面均为矩形，所述氮化硅波导的直径大于所述SOI波导的直径。3.如权利要求2所述的单模光纤双向光收发器，其特征在于，所述氮化硅波导上远离所述SOI波导的一端还包括氮化硅增厚层，所述氮化硅增厚层的主截面和侧截面均为矩形。4.如权利要求1所述的单模光纤双向光收发器，其特征在于，所述波分复用模块为光栅耦合器或者一分二的非对称多模干涉分波器。5.如权利要求4所述的单模光纤双向光收发器，其特征在于，所述非对称多模干涉分波器为基于氮化硅工艺制作的非对称马赫-增德尔干涉仪。6.如权利要求1所述的单模光纤双向光收发器，其特征在于，还包括光隔离模块，所述光隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：商松泉，劳之豪，王昕，向涛，刘斌，
申请(专利权)人：深圳市傲科光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44