一种基于平面光波导的波分解复用芯片和光模块制造技术

本发明专利技术涉及光通信领域，特别是涉及一种基于平面光波导的波分解复用芯片和光模块。芯片主要包括：输入波导、输入平板波导、阵列波导光栅和输出平板波导依次连接，输出平板波导分别与m个输出波导连接；每个输出波导上均设置有至少一个衍射光栅；输入平板波导、阵列波导光栅和输出平板波导共同作用，用于对n

【技术实现步骤摘要】
一种基于平面光波导的波分解复用芯片和光模块


[0001]本专利技术涉及光通信领域，特别是涉及一种基于平面光波导的波分解复用芯片和光模块。

技术介绍

[0002]随着5G通信、大数据、云计算、智能驾驶等行业的迅速发展，人们对信息传输容量和传输速率的需求呈现指数型增长。光模块作为信息传输和交互的重要媒介，其端口的传输速率也越来越高。当前阶段，100G
‑
400Gb/s的数通光模块已经实现商用，光传输互联系统正逐渐向800Gb/s进行过渡，这对光模块的传输性能，封装尺寸和成本提出了越发严苛的要求。
[0003]基于平面光波导的波分解复用(Demux)芯片，在芯片内部通过一系列光波导结构可实现对光信号的复用和解复用，其主要结构主要为阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating)结构。
[0004]4×
25Gb/s和4
×
100Gb/s的光接收模块使用1个4通道波分解复用芯片实现光信号的解复用和光学耦合。当光模块速率到达800Gb/s时，理论上通常使用2个并列的4通道波分解复用芯片实现8个通道光信号的解复用和光学耦合。但并列的2个波分解复用芯片占用的封装空间大，封装步骤增多，对光模块的整体集成、小型化封装非常不利。
[0005]鉴于此，当光模块速率成倍增加而同时受限于封装尺寸和产品成本时，如何客服现有技术所存在的缺陷，实现高速率更多通道的光信号传输是本
待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术解决了现有波分复用过程中波分解复用芯片通道数较少与光信号带宽增加之间的矛盾。
[0007]本专利技术实施例采用如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种基于平面光波导的波分解复用芯片，具体为：包括输入波导、输入平板波导、阵列波导光栅、输出平板波导和m个输出波导，所述输入波导、所述输入平板波导、所述阵列波导光栅和所述输出平板波导依次连接，所述输出平板波导分别与m个所述输出波导连接；其中，每个所述输出波导上均设置有至少一个衍射光栅；所述输入波导用于接收n
×
m个波长的光信号；所述输入平板波导、所述阵列波导光栅和所述输出平板波导共同作用，用于对n
×
m个波长的光信号进行第一次解复用，将n
×
m个波长的光信号分解为m路光信号,每路光信号中包含n个波长的光信号；所述输出波导用于接收一路光信号，所述衍射光栅用于对预定波长的光信号进行衍射，以对n个波长的光信号进行第二次解复用，从而输出单一波长的光信号。
[0009]优选的，每个所述输出波导上均设置有m个衍射光栅，m个衍射光栅所对应的衍射波长均不同。
[0010]优选的，每个所述输出波导上均设置有n
‑
1个衍射光栅，n
‑
1个衍射光栅所对应的
衍射波长均不同；每个所述输出波导为指定角度的斜面，用于将对应波长的光信号按照指定光路进行全反射。
[0011]优选的，所述衍射光栅包括多个光栅结构，相邻光栅结构之间设置有刻蚀槽区域；其中，根据所述衍射光栅所对应的衍射波长、光波衍射方向与竖直方向的角度、光栅结构的有效折射率以及刻蚀槽区域的有效折射率确定光栅结构的宽度以及刻蚀槽区域的宽度。
[0012]优选的，所述波分解复用芯片包括依次层叠设置的衬底层、波导层和包层，所述输入波导、输入平板波导、阵列波导光栅、输出平板波导和m个输出波导形成所述波导层；其中，所述波导层的折射率大于所述衬底层的折射率，所述波导层的折射率大于所述包层的折射率。
[0013]优选的，所述波导层、所述衬底层和所述包层的材料为：硅、二氧化硅和氮化硅中的任一种，或硅、二氧化硅和/或氮化硅所形成的任意一种掺杂材料，以实现各层折射率的调控。
[0014]另一方面，本专利技术提供了一种光模块，具体为：包括n个光电探测器、电路板和第一方面提供的波分解复用芯片，具体的：n个所述光电探测器并排倒装在所述电路板上，所述波分解复用芯片的各个输出波导对准对应的所述光电探测器的光敏面中心，以将解复用后的信号传输给相应的光电探测器；其中，光电探测器的数量与波分解复用芯片每路光信号中包含的波长数量一致，每个光电探测器的通道数量与波分解复用芯片的通道数量一致，用于获取解复用后的每个单波长光信号。
[0015]优选的，所述单芯光纤和所述波分解复用芯片的输入波导连接，光学端口和单芯光纤相连，具体包括：将单芯光纤和光学端口对准固定，再通过有源光耦合方法将波分解复用芯片的输入波导与单芯光纤对准耦合。
[0016]优选的，所述波分解复用芯片的各个输出波导对准对应的所述光电探测器的光敏面中心，具体包括：每个衍射光栅的输出光路与一个光电探测器光敏面的位置对应，将对应波长的光信号分别衍射输出到每个光电探测器对应通道的光敏面上；当所述波分解复用芯片的各个输出波导的端面为斜面时，各个输出波导的端面与最后一个光电探测器的光通道耦合，其中，不满足衍射条件的光信号通过衍射光栅，到达光波导斜面后利用全反射输出到最后一个光电探测器的光敏面上。
[0017]优选的，所述光电探测器并排倒装在电路板上，具体包括：所述光电探测器采用倒装焊形式与电路板连接，每个光电探测器背面有多个焊盘，所述电路板表面与所述光电探测器背面焊盘位置对应的位置存在预贴装焊盘，所述光电探测器的焊盘与所述电路板上相应位置的焊盘对准相接，实现所述光电探测器和所述电路板的电互联。
[0018]与现有技术相比，本专利技术实施例的有益效果在于：在波分解复用芯片的输出波导上增加衍射光栅，将现有的m通道扩展为n
×
m通道，提升了单个波分解复用芯片所能解复用的波长数，使现有技术中需要使用多个芯片完成的解复用过程能够使用单个波分解复用芯片完成。
[0019]另一方面，本专利技术实施例提供了与波分解复用芯片匹配的光模块。本专利技术实施例中提供的波分解复用芯片和光模块，具有结构紧凑、封装步骤简便等特点，可实现高速多通道光电封装。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅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。
[0021]图1为本专利技术实施例提供的一种基于平面光波导的波分解复用芯片的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的一种基于平面光波导的波分解复用芯片的结构侧视图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的一种基于平面光波导的波分解复用芯片的波分解复用原理示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的另一种基于平面光波导的波分解复用芯片的结构侧视图；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的一种光模块的结构示意图；
[0026]图6为本专利技术实施例提供的一种光模块的波分解复用过程示意图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平面光波导的波分解复用芯片，其特征在于，包括输入波导、输入平板波导、阵列波导光栅、输出平板波导和m个输出波导，所述输入波导、所述输入平板波导、所述阵列波导光栅和所述输出平板波导依次连接，所述输出平板波导分别与m个所述输出波导连接；其中，每个所述输出波导上均设置有至少一个衍射光栅；所述输入波导用于接收n
×
m个波长的光信号；所述输入平板波导、所述阵列波导光栅和所述输出平板波导共同作用，用于对n
×
m个波长的光信号进行第一次解复用，将n
×
m个波长的光信号分解为m路光信号,每路光信号中包含n个波长的光信号；所述输出波导用于接收一路光信号，所述衍射光栅用于对预定波长的光信号进行衍射，以对n个波长的光信号进行第二次解复用，从而输出单一波长的光信号。2.根据权利要求1所述的基于平面光波导的波分解复用芯片，其特征在于，每个所述输出波导上均设置有n个衍射光栅，n个衍射光栅所对应的衍射波长均不同。3.根据权利要求1所述的基于平面光波导的波分解复用芯片，其特征在于，每个所述输出波导上均设置有n
‑
1个衍射光栅，n
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1个衍射光栅所对应的衍射波长均不同；每个所述输出波导为指定角度的斜面，用于将对应波长的光信号按照指定光路进行全反射。4.根据权利要求1所述的基于平面光波导的波分解复用芯片，其特征在于，所述衍射光栅包括多个光栅结构，相邻光栅结构之间设置有刻蚀槽区域；其中，根据所述衍射光栅所对应的衍射波长、光波衍射方向与竖直方向的角度、光栅结构的有效折射率以及刻蚀槽区域的有效折射率确定光栅结构的宽度以及刻蚀槽区域的宽度。5.根据权利要求1
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4任一项所述基于平面光波导的波分解复用芯片，其特征在于，所述波分解复用芯片包括依次层叠设置的衬底层、波导层和包层，所述输入波导、所述输入平板波导、所述阵列波导光栅、所述输出平板波导和m个所述输出波导形成所述波导层；其中，所述波导层的折射率大于所述衬底层的折射率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庭宇，周日凯，高万超，孙莉萍，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：