一種硅光子集成多波長光收發(fā)模塊的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖通信領域的集成光學結構領域，具體涉及一種硅光子集成多波長 光收發(fā)模塊。
【背景技術】
[0002] 隨著綠色環(huán)保的普及，光通信行業(yè)已經(jīng)逐漸向高度集成化、低功耗的方向發(fā)展，集 成化的小尺寸、低功耗、低成本光通信收發(fā)模塊是當前市場的熱點。在密集波分或頻分復用 系統(tǒng)中，通常需要在發(fā)射機中布置多路激光器及電源，目前，已經(jīng)產(chǎn)生或提出利用多個光源 實現(xiàn)多波長集成的光收發(fā)模塊的方案。
[0003] 但是上述光收發(fā)模塊使用時，存在以下不足：
[0004] 上述光收發(fā)模塊的光源數(shù)量有限，光收發(fā)模塊的光源之間的波長間隔難以控制， 難以實現(xiàn)等間隔多波長輸出，而且光收發(fā)模塊的集成度較低，難以滿足用戶的要求。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明解決的技術問題為:增加光收發(fā)模塊發(fā)射的 光波數(shù)量、控制光波的波長間隔，本發(fā)明的集成度較高，成本較低，能夠滿足用戶的要求，適 于推廣。
[0006] 為達到以上目的，本發(fā)明提供的硅光子集成多波長光收發(fā)模塊，包括光發(fā)射單元 和光接收單元，光發(fā)射單元的輸出端設置有用于與外界相連的輸出光纖，光接收單元的輸 入端設置有用于與外界相連的輸入光纖;所述光發(fā)射單元包括激光器、硅基微環(huán)濾波器、硅 基微環(huán)調制器陣列和硅基陣列波導光柵，硅基微環(huán)調制器陣列中硅基微環(huán)調制器的數(shù)量至 少為2個;激光器通過硅波導與硅基微環(huán)濾波器相連，硅基微環(huán)濾波器分別通過硅波導與硅 基微環(huán)調制器陣列中的每個硅基微環(huán)調制器相連，所述每個硅基微環(huán)調制器均通過硅波導 與娃基陣列波導光柵相連，娃基陣列波導光柵通過娃波導與輸出光纖相連。
[0007] 在上述技術方案的基礎上，所述光發(fā)射單元進行光發(fā)射時，激光器發(fā)射的激光通 過硅基微環(huán)濾波器濾波為波長間隔相等的多波長的光波，多波長的光波分別經(jīng)所述每個硅 基微環(huán)調制器濾出需要的波長、并對該波長加載調制而成的光信號后，輸出至硅基陣列波 導光柵;硅基陣列波導光柵將所述每個硅基微環(huán)調制器輸出的光波合波后，通過硅波導耦 合至輸出光纖。
[0008] 在上述技術方案的基礎上，所述多波長的光波中的波長間隔為硅基微環(huán)濾波器的 自由光譜區(qū)的多波長光梳。
[0009] 在上述技術方案的基礎上，所述硅基微環(huán)濾波器的硅基微環(huán)半徑R根據(jù)多波長的 光波需要的波長間隔設定，其計算公式為
[0010]
[0011]上述公式中，C為光速，以為硅基微環(huán)濾波器的波導群折射率，π為圓周率，Af為根 據(jù)波長間隔得來的頻率間隔。
[0012] 在上述技術方案的基礎上，所述硅基微環(huán)調制器通過外部的調制信號源實現(xiàn)調制 功能，其包括由硅光直波導、具有波長選擇功能的硅基微環(huán)諧振芯片、P+摻雜和n+摻雜形成 的電極，硅基微環(huán)諧振芯片的內部摻雜和外部摻雜形成電極結構；該硅基微環(huán)調制器實現(xiàn) 調制功能時，所述電極結構用于注入載流子;加調制信號時，若為高電平，則直流光直接通 過硅光直波導輸出；若為低電平，硅光直波導的光被耦合至微環(huán)諧振芯片，硅光直波導無輸 出光；
[0013] 或者：
[0014] 所述硅基微環(huán)調制器包括硅基微環(huán)和硅基馬赫-曾德調制器，每1個波長對應1個 硅基微環(huán)和1個硅基馬赫-曾德調制器;該硅基微環(huán)調制器實現(xiàn)調制功能時，硅基微環(huán)實現(xiàn) 濾波功能，硅基馬赫-曾德調制器將信號加載至經(jīng)過波長選擇后的光波上。
[0015] 在上述技術方案的基礎上，所述硅基陣列波導光柵包括輸入波導、第一羅蘭圓、陣 列波導、第二羅蘭圓和輸出波導。
[0016] 在上述技術方案的基礎上，所述光發(fā)射單元還包括驅動電路芯片，光發(fā)射單元的 激光器內設置有光增益芯片和硅基調制芯片，光增益芯片、硅基調制芯片均與驅動電路芯 片相連。
[0017] 在上述技術方案的基礎上，所述光接收單元包括娃基陣列波導光柵、至少2個光電 探測芯片、與光電探測芯片數(shù)量相同的變阻放大電芯片、以及與光電探測芯片數(shù)量相同的 限制放大電芯片;光接收單元的輸入光纖通過硅波導與硅基陣列波導光柵相連，硅基陣列 波導光柵分別通過硅波導與每個光電探測芯片相連;每個光電探測芯片通過1個變阻放大 電芯片與1個限制放大電芯片電連接，1個光電探測芯片、1個變阻放大電芯片、1個變阻放大 電芯片與1個波長的光對應。
[0018] 在上述技術方案的基礎上，所述光接收單元進行光接收時，輸入光纖接收來自光 網(wǎng)絡系統(tǒng)的多個波長的入射光，硅基陣列波導光柵對多個波長的光進行分波、并將分波后 每個波長的光通過光1個電探測芯片轉換為電信號;轉換的電信號依次經(jīng)過1個變阻放大電 芯片和1個限制放大電芯片放大后輸出。
[0019] 在上述技術方案的基礎上，所述光收發(fā)模塊還包括硅襯底，所述光發(fā)射單元和光 接收單元均設置于硅襯底上。
[0020] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0021 ] 娃光子集成采用S0I(Silicon-0n-Insulator，絕緣襯底上的娃)材料形成光波導， 芯層Si和包層Si02的較大的折射率差對光場有強的限制作用，實現(xiàn)了小到微米量級的波導 彎曲半徑，為高度集成提供啟示;在此基礎上，本發(fā)明提出了采用硅光子集成多波長光收發(fā) 模塊。
[0022]與現(xiàn)有技術中光源有限、光源之間的波長間隔難以控制的光收發(fā)模塊相比，本發(fā) 明通過單個硅基微環(huán)濾波器產(chǎn)生固定頻率和波長間隔的多波長光波，光波的波長間隔保持 相等;與此同時，本發(fā)明通過硅基微環(huán)調制器陣列將各個波長分別調制，進而實現(xiàn)多波長的 調制和發(fā)射，不僅發(fā)射的光波數(shù)量較多，而且集成度較高，成本較低，能夠滿足用戶的要求， 適于推廣。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例中硅光子集成多波長光收發(fā)模塊的結構示意圖。
[0024] 圖中：101-激光器，102-硅基微環(huán)濾波器，103-硅基微環(huán)調制器陣列，104-硅基陣 列波導光柵，105-光接收單元，106-輸出光纖，107-光發(fā)射單元，108-輸入光纖，109-娃光直 波導，110-光電探測芯片，111-變阻放大電芯片，112-限制放大電芯片。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0026] 參見圖1所不，本發(fā)明實施例中的娃光子集成多波長光收發(fā)模塊，包括娃襯底，娃 襯底上設置有光發(fā)射單元107和光接收單元105,光發(fā)射單元107的輸出端設置有用于與外 界相連的輸出光纖106,光接收單元105的輸入端設置有用于與外界相連的輸入光纖108。
[0027] 參見圖1所示，光發(fā)射單元107包括激光器101、硅基微環(huán)濾波器102、硅基微環(huán)調制 器陣列、硅基陣列波導光柵104和驅動電路芯片；硅基微環(huán)調制器陣列中硅基微環(huán)調制器 103的數(shù)量為η個：103!、103 2、1033、1034…103n。激光器101內設置有光增益芯片和硅基調制 芯片，光增?芯片、娃基調制芯片均與驅動電路芯片相連。
[0028] 參見圖1所示，激光器101通過硅波導與硅基微環(huán)濾波器102相連，硅基微環(huán)濾波器 102分別通過硅波導與硅基微環(huán)調制器陣列中的每個硅基微環(huán)調制器103相連，所述每個硅 基微環(huán)調制器103均通過硅波導與硅基陣列波導光柵104相連，硅基陣列波導光柵104通過 娃波導與輸出光纖106相連。
[0029] 硅基微環(huán)調制器103通過外部的調制信號源實現(xiàn)調制功能，其包括由硅光直波導 109、具有波長選擇功能的硅基微環(huán)諧振芯片、ρ+摻雜和η+摻雜形成的電極，硅基微環(huán)諧振 芯片的內部摻雜和外部摻雜形成電極結構。娃基陣列波導光柵104包括輸入波導、第一羅蘭 圓、陣列波導、第二羅蘭圓和輸出波導。
[0030] 參見圖1所示，所述光發(fā)射單元107進行光發(fā)射時，激光器101發(fā)射的激光通過硅波 導進入硅基微環(huán)濾波器102,硅基微環(huán)濾波器102作為上下話路型微環(huán)(add-drop型）使用， 從drop端輸出波長間隔相等的多波長的光波，光波的波長間隔為硅基微環(huán)濾波器102的自 由光譜區(qū)的多波長光梳。
[0031] 硅基微環(huán)濾波器102的硅基微環(huán)傳輸譜中的諧振峰為周期性出現(xiàn)，相鄰諧振峰之 間的波長間隔FSR可表示為：
[0032]
⑴
[0033] 或者表示為：
（2)
[0034] 公式（1)和（2)中Af為根據(jù)波長間隔得來的頻率間隔，R為硅基微環(huán)半徑，ng為硅 基微環(huán)濾波器的波導群折射率，λ為硅基微環(huán)諧振波長，λ大小可以通過硅材料的熱光效應 和電光效應調節(jié)，c為光速。從公式（1)可以看出硅基微環(huán)濾波器10