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的制作方法

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。

技术实现要素：

本发明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。

本发明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。

在阅读本发明后，可更全面地理解本发明的这些及其它方面。

附图说明

通过实例说明本发明的方面。

图1a是根据本发明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说明根据本发明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说明根据本发明的方面的包含备用激光器的plc。

图9说明根据本发明的方面的可提供锁定激光器波长所需的反馈的plc。

图10说明根据本发明的方面的耦合到plc的增益芯片。

图11说明根据本发明的方面的类似于先前描述的架构的四元架构的结构。

图12展示根据本发明的方面的另一架构的结构。

图13是根据本发明的方面的与调制器集成的光源的图。

图14是根据本发明的方面的与芯片上的调制器集成的光源的另一图。

图15说明根据本发明的方面的系统。

图16说明根据本发明的方面的使用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是根据本发明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由。

如图1中所说明，四个传输/接收链被展示为耦合到交换机113。然而，在大多数实施例中，更多的传输/接收链将耦合到交换机。类似地，尽管每一传输/接收链被展示为包含媒体访问控制(mac)电路117a到117d及物理层(phy)电路119a到119d，但在各种实施例中，各种缓冲器、优先级队列及其它电路可插入在mac电路与交换机之间。

也如图1中所说明，仅明确展示单个硅光子芯片及plc对，其中交换机ic芯片的四个所说明的传输/接收链向硅光子芯片提供数据并从硅光子芯片接收数据。然而，在大多数实施例中，还将提供额外硅光子芯片及plc对。

在许多实施例中，交换机模块自身将位于外壳内，外壳一般将还包含电力供应器、冷却风扇，可能包含cpu模块，以及可能的其它物品。外壳的前面板还可提供用于光纤线路的连接器。然而，一般来说，与关于图1b论述的情况不同，前面板将不配备光学收发器，因为硅光子芯片及plc对可被认为通常执行原本将由光学收发器执行的功能。

图2说明根据本发明的方面的包括交换机ic及光学模块的交换机封装。含有光学ic的中央封装211还含有光/电(oe)转换模块215，其将交换机芯片213的电io转换成光学信号。光/电(oe)转换模块215由共同中央散热器(未展示)冷却，并通过光纤连接到交换机的前部。在交换机的前面板上不需要收发器，因为插线面板219将内部光纤链路217连接到外部光纤链路221。由于信号从交换机ic光学地路由到前面板，所以几乎没有降级，且在许多实施例中，不需要信号均衡。ic与oe模块之间的电连接非常短，因此可能不需要重新成形，或在一些实施例中不需要重新定时。消除这些均衡电路节省大量的功率及复杂性。另外，前面板密度可增加，因为插线面板可非常紧密地连接，并且得到比使用光学收发器子组合件时更加密集的io。在冷却更困难的前面板中没有产生热量。产生热量的oe模块在板的中心产生热量，而板的中心处存在用于大型散热器及良好空气流动的空间。由于不需要用于收发器的电子器件的额外封装，并且通常可省略均衡电路，并且cdr电路的复杂性也可能降低，因此oe模块比收发器便宜，且因此具有此配置的填充交换机的总成本便宜得多。

由于光电装置的某些限制，先前此配置是不可能的。进出交换机ic的电信号密度非常高。如果将单个光纤用于每一电子通道，那么需要许多光纤，并且解决方案变得不实用。举例来说，对于先前描述的具有128个25gb/s通道的交换机，将需要128个输入光纤及128个输出光纤。光纤对准，尤其是单模光纤对准需要非常严格的容差。这增加复杂性及封装成本。可通过使用不同波长的激光器并将不同波长多路复用到较小数目的光纤中来减少光纤的数目，其中每一光纤承载4或8个波长。这将光纤数减少相同量。然而，用于多路复用波长的装置往往是复杂的或温度敏感的。如先前所述，交换机ic产生相当大的光功率，且因此温度可能成为问题。温度的另一问题是激光器在高温下不能良好操作，尤其是可高速调制的激光器。将此类激光器放置在交换机ic的顶部或紧靠着放置意味着激光器变热且因此效率低并且可能很慢。

本文论述的架构通常通过硅光子芯片将光学信号直接路由到交换机ic，并且显著地简化数据中心应用中的交换机，并且更一般地简化将要路由高速信号的电子器件中的交换机。

图3展示用于光学互连件应用的架构，其包含玻璃plc中的光学波长多路复用器及多路分用器以及硅中的光学调制器。所述架构使用已内置于调制器及接收器中的硅光子ic301以及电子器件。所述配置实际上包含两个单独芯片，例如通过铜柱工艺结合在一起的两个单独芯片。下部芯片是硅光子光学芯片，其包含允许光进入及离开芯片的光栅耦合器，用于接收输入光的锗检测器及用于在传输器的光学信道上施加信号的调制器。顶部芯片是含有放大器、驱动器及cdr的电子芯片。输入数据通过一个输入光纤305进入四个波长通道。光由plc303多路分用成四个单独波导。plc以一定角度抛光，使得四个单独波导中的四个单独波长向下反射到硅光子芯片中，其中存在四个光栅耦合器。这些光栅耦合器将光发送到四个波导中而发送到硅光子芯片中，在此处其由提供电信号的锗光电检测器接收。电信号由tia放大，并且在一些实施例中由cdr均衡及计时并离开硅光子芯片组合件。对于传输光纤307，存在四个连续波(cw)(或始终开启)激光器耦合到plc中的四个波导。来自这些波导的光由相同的角度抛光向下偏转到硅光子芯片中，并通过光栅耦合器进入硅光子芯片中的波导。然后，四个波导中的光由数据信号调制，并通过光栅耦合器离开芯片，再次进入plc。plc含有传输awg，其将信道一起多路复用成单个输出，提供给传输光纤307。

此特定架构对于与硅ic的混合集成非常有用。在各种实施例中：

-波长多路复用器及解多路分用器由硅晶片(plc)上的玻璃波导制成。这些结构对温度相对较不敏感，且因此通常不受硅交换机ic的高功率耗散影响。

-激光器由磷化铟制成并且是cw激光器，而不是调制激光器。与直接在硅晶片上由复合材料制成的调制激光器相比，此类激光器也是相对温度不敏感的。在一些实施例中，光源是使用plc中的反射元件的增益芯片。

激光器位于不同侧并且稍微远离硅ic。这允许激光器被冷却并保持rf信号及dc信号分离。

将光纤连接到plc是一种成熟的技术，并且可以自动方式容易地完成。类似地，所述架构非常适合于基于mems的对准以用于将激光器309耦合到plc。这是一种将光耦合到plc中的有效且自动化的方式。

图4展示角度抛光的plc403，其直接连接到mtp或阵列光纤连接器401。连接器中的个别光纤芯被环氧化到plc，使得来自所述光纤的光耦合到plc的波导。

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，所述架构与先前论述的架构有些类似。使用mems耦合将四个激光器505耦合到plc503的侧，例如在2015年2月12日申请的标题为平面光波电路有源连接器(planarlightwavecircuitactiveconnector)的第14/621,273号美国专利申请案及/或2013年1月1日发布的标题为微机械对准光学组合件(micromechanicallyalignedopticalassembly)的第8,346,037号美国专利案中所论述，所述文献的揭示内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。来自四个激光器的信号在plc上路由到先前论述的四元版本的硅光子芯片507。由于每一硅光子芯片调制四个信道，因此存在16个不同的输出通道。这些通道分为4个传输光纤，每一光纤含有4个波长。接收侧类似于16个通道进入，分为4个波导，每一波导具有4个波长。因此，mtp连接器500具有4个输入波导及4个输出波导。如果每一通道以25gb/s进行调制，那么其产生进出组合件的400gb/s。

图6展示plc上的实例路由。来自cw激光器621中的每一者的光被分成4个波导623。光被耦合到硅光子芯片中，在此处使用提供给硅光子芯片的数据信号对光进行调制。调制光经组合成4个输出波导625，每一波导含有四个波长。应注意，可能存在不同配置，但结果相同。举例来说，分离器可在plc中或硅光子芯片中实施。类似地，可将相同波长发送到一个芯片中的所有四个调制器，或可将所有四个波长发送到一个芯片上的所有四个调制器。一般来说，对输出进行分类，使得末端的每一波导输出含有所有四个波长。在图6中仅展示传输路径，而不是接收路径，并且为简单起见仅展示一小部分波导。然而，plc将含有四个分离器，用于从4个cw激光器中获取光并将其分成16个通道。其还含有4个awg或一个循环awg，用于获取16个调制信道并将其组合成4个输出波导。在接收侧，plc将含有四个awg或循环awg，其将4个输入(每一输入具有4个波长)分成16个信道用于接收器。

图7展示8个模块的完整组合件，每一模块用与交换机ic713封装在一起的16个400gb/s通道运行。这为交换机ic提供3.2tb/s输入及输出。存在8个mtp连接器700，每一连接器具有至少4个传输光纤，4个接收光纤，每一光纤承载100gb/s的进或出。这些mtp连接器将使用光纤连接到交换机模块的前面板。然后，交换机模块的前面板将简单地为插线面板，或具有mtp连接器，或分成具有潜在lc连接器的4个单独双单模光纤。应注意，即使存在32个输入光纤及32个输出光纤且每一光纤含有4个波长通道，每一波长也仅存在8个激光器。激光器与交换机ic稍微分开并散热到金属底板。金属盖715还有助于散热，使得来自交换机ic的热量消散并且激光器保持相对冷却。由于用于在各种实施例中在硅光子调制器与交换机ic之间传递的信号的cdr不能包含或具有相关联的均衡电路，可比通常用于40ghz信号(或在各种实施例中的10ghz信号)具有更低的性能，或在一些实施例中，完全关闭或省略，因此整体功率消耗显著降低，从而导致加热减少。利用当前技术，我们期望每一100g模块在没有cdr的情况下消耗大约1.5w，使得32个此类模块将消耗大约50w左右。交换机ic将消耗大约200w。

图8说明根据本发明的方面的包含备用激光器的plc。此类架构存在许多变型。举例来说，为了额外可靠性，可将备用激光器831插入系统中。如果激光器发生故障，电子器件可开启备用激光器。这些备用激光器可通过3db耦合器连接到系统-这将导致额外3db损耗。替代地，由于粗波分复用网格相对较宽，略微不同波长的激光器可与低损耗滤波器一起进行波长多路复用。激光器的波长足够接近，使得任何一个都适合cwdm频带中的相同缝隙。最简单的选择是在plc中使用光学开关833，其损耗要低得多，但将使用主动控制。使用热光定向耦合器或马赫-曾德(mach-zehnder)架构可容易地实施此类光学开关。此配置如图8中展示。图中未展示的是监测器光电二极管，其可能在硅光子中实施或作为plc上的单独元件实施。这些监测器二极管将报告激光器是否发生故障，并指示电子控制装置接通备用激光器。在plc上实施此类路由是很简单的。

图9说明根据本发明的方面的可提供用于锁定激光波长的反馈的plc。plc是优秀的集成平台，实际上plc可提供用于锁定激光波长的反馈。这使备用激光器选项非常容易。图9展示此实施方案的示意图。在此类情况下，对于每一信道，将主增益芯片及次增益芯片耦合到plc。增益芯片在前部没有光栅或反射小平面涂层，使得光从半导体波导无阻碍地行进到plc。plc含有波长路由组件，例如awg901，并且在此组件的输出处存在反射元件903。这可为布拉格光栅，或简单地在plc小平面上的反射涂层(通常部分反射)。因此增益芯片通过plc发出激光。此plc将具有紧密间隔的信道，使得主增益元件及次增益元件将在略微不同的波长下发出激光，但两者都将在通信信道的通带内。因此，如果主激光器921发生故障(可能由于inp增益元件的劣化)，那么次信道931将被激活。这将是非常不同的波长，但在所需的频带内。所有波长信道都将以此方式备用，并且光将进入硅光子芯片进行调制。调制信道将离开硅光子芯片并与第二awg一起多路复用，第二awg具有对应于系统要求的更宽信道间隔(例如，对于标准cwdm信道为20nm)。

另一可能性将是使两个激光器同时运行，使得每一激光器以较低功率运行，从而确保更高的可靠性-因此可能不需要备用激光器。实际上，如果硅光子应用需要，可以此方式“光谱组合”数个激光器，例如三个、四个或更多个激光器，以产生更高的功率。如果组合更多数目的激光器，那么单个激光器的潜在故障不会是灾难性的，因为其将功率降低较小的一部分。

plc锁定增益元件的波长的能力是非常强大的工具，并且当通道数目增加并且激光的波长间隔变窄时可为有帮助的。一般来说，dfb激光波长由dfb激光器中的光栅设置，并且随着半导体的折射率随温度改变而改变，其值变化大致对应于0.1nm/c。对于数据中心应用，信道间隔是cwdm或课程波分多路复用，间隔为20nm左右。这允许激光器在不邻近信道重叠的情况下将波长改变80c或～8nm。然而，如果希望将信道数目从4增加到16或更多，那么可减少信道间隔。这可能需要热电冷却器来稳定激光波长。举例来说，存在另一波长计划lan-wdm，其为800ghz或大约4.5nm。

替代地，可使用plc在将增益芯片的波长耦合到硅调制器之前稳定增益芯片的波长。示意性地，其可能看起来像图10。在1310nm频带中的八个增益芯片1011的阵列耦合到plc1013。在plc内，存在八个波长相关结构，其将不同波长反馈到每一增益芯片。举例来说，这些可为如所展示的环形谐振器，其中增益芯片的输出耦合到环(例如1017a...h)，并且传输单个波长。然后，此传输波长被路由到plc芯片的顶侧1019，其为高反射率(hr)涂覆的，且因此通过环反射回来并返回到增益芯片。因此，增益芯片以对应于环的波长通过plc发出激光。在激光器的输出上还存在分接头(例如1021)，其将功率耦合到去到硅光子的输出。对于400g应用的8信道系统，谐振器的波长名义上为1263.55nm、1277.89nm、1282.26nm、1286.66nm、1295.56nm、1300.05nm、1304.58nm、1309.14nm。然而，由于玻璃随温度的折射率改变仅为0.01nm/c，因此这些变化仅在80c变化0.8nm，并且将小于频带差异的20％，因此不需要热电冷却器。离开硅光子的光将再次进入plc并如先前描述那样一起多路复用。当然，存在可用于获得此实施方案的各种结构。可使用awg或不对称马赫-曾德结构代替环谐振器。反射器可为涂覆侧、布拉格反射器、环形镜或来自沟槽的反射。可使用部分反射器而不是单独分接头及反射器，所述部分反射器将光传输到输出并将光反射回以实现发出激光。

图10的光源也可具有如先前描述那样的备用激光器。替代地，为了更高的可靠性及更换故障组件的能力，光源可在整个组合件的外部。cw源可安装在前板中，使得如果光源发生故障，可很容易地更换cw源。鉴于mtp连接器通常具有12个光纤，并且四个通道系统仅使用八个光纤(四个信号输入及四个信号输出)，额外四个光纤可用作cw激光源。这些外部光源可为简单的dfb或通过plc发出激光的增益芯片，或甚至是如先前描述那样具有备份的激光器。

对设计的另一简单修改是用光纤尾纤替换mtp连接器。在此情况下，每一400g模块将使8个光纤通过光纤v型槽组合件附接到plc。这些光纤将具有与前板配合的连接器。此方法的优点在于其消除ic封装上可能不可靠且有损耗的连接器。

其它修改是硅交换机ic可含有硅光子芯片的所有功能性。因此不需要单独ic。plc将直接与硅ic配合，因为交换机芯片将含有调制器及接收器。

本文描述的配置是非常可扩展的。可增加或减少信道数目，改变信道间隔或改变调制格式。举例来说，硅调制器可使用pam4调制而不是nrz运行-但物理架构保持相同。

图11说明根据本发明的方面的类似于先前描述的架构的四元架构的结构。如图11中所展示，所述架构包含plc1105，其具有光学波长多路复用器1123、光学波长多路分用器1125、输出波导1113a到1113d及输入波导1131a到d。所述架构进一步使用硅光子ic1107，其包含调制器阵列1115a到1115d及接收器阵列1121。所述架构还包含电子芯片1109，其包括驱动器1117、tia1119，并且在一些实施例中包括与驱动器及tia合并在一起的cdr。

在操作中，光源1111照射调制器阵列，例如使用以连续波(cw)的形式提供光的激光器。来自光源的光分离到调制器阵列中的每一者。调制器阵列基于由驱动器提供的电信号调制光并提供经调制的光学信号。在一些实施例中，光源包含四个激光器，并且调制器阵列是16元件调制器阵列。

来自调制器阵列中的每一者的经调制光学信号被传递到光学波长多路复用器，其中多路复用器将调制光学信号多路复用到plc的输出波导中。输出波导提供用于传输的光学数据。在一些实施例中，输出波导中的每一者提供四种不同波长的光。在一些实施例中，用于传输的光学数据被传递到光学连接器1103(例如，mtp-12光学连接器)，并通过传输光纤信道1127a到1127d传输。

在一些实施例中，plc及mtp-12光学连接器可使用光纤尾纤耦合。在一些实施例中，不是将光分离成四个输出，而是可使用十六个光源，其中由四个光源组成的每一群组波长近似相似。举例来说，这将允许消除分离器，并且可使用较低功率激光器芯片。然而，取决于故障模式，可靠性可能会更差。举例来说，这是因为16个光源中的至少一个光源有缺陷的可能性高于例如四个光源中的一个光源有缺陷的可能性。

在一些实施例中，从接收光纤信道1129a到1129d接收输入光学数据，所述接收光纤信道向光学连接器1103提供输入数据。连接器又通过输入光纤(例如，耦合到plc的光纤尾纤)提供波长通道中的输入数据，其中在一些实施例中，输入光纤中的每一者提供四个不同波长的光。来自输入光纤的光由plc的多路复用器1125多路复用到单独波导中，例如十六个波导。

单独波导被反射到接收器阵列1121中，接收器阵列1121可包含光栅耦合器(未展示)及锗光电检测器(未展示)。在一些实施例中，光栅耦合器将来自波导的光传递到硅光子ic中，其中锗光电检测器接收光并提供电信号。电信号由tia放大，并且在一些实施例中由cdr均衡及计时。

图12展示根据本发明的方面的另一架构的结构。举例来说，所述架构可为1.6tb/s架构，其中每一波长通道或信道以50gb/s运行。参考图12，所述架构可包含具有光源1215a到1215h的芯片1225(例如，inp芯片)。举例来说，为产生八个波长，存在八个单片inp裸片，其中的每一者包含具有相似或相同波长的四个光源。在一些实施例中，光源是直接调制的dfb激光器，由驱动器电路1221驱动。在一些实施例中，激光器是与调制器集成的cw激光器。调制器阵列基于从驱动器电路1221接收的电信号调制光。在一些实施例中，光源包含32个激光器，并且调制器阵列是32-元件调制器阵列。在一些实施例中，驱动器电路被并入或集成到交换机ic(未展示)中。

来自激光器/调制器阵列中的每一者的光学信号被传递到平面光波电路(plc)1219。plc可包含传输awg(未展示)，其将来自调制器阵列中的每一者的光多路复用成输出，例如提供给传输光纤1213a到1213d的四个输出。在一些实施例中，传输光纤中的每一者是400gb/s，每一光纤中有八个波长。

输入数据可通过输入光纤1217a到1217d进入波长通道。在一些实施例中，输入光纤中的每一者承载400gb/s的信号，其中每一光纤中有8个50gb/s的波长。在一些实施例中，来自输入光纤的光由plc多路分用到用于单独波长的单独波导(例如32个波导)中。经多路分用的光由耦合到plc的光电检测器1211接收，其中光电检测器提供电信号。电信号由tia1223放大。在一些实施例中，tia也集成到交换机ic(未展示)中。

图13是根据本发明的方面的与调制器集成的光源的图。在图13中，光源1311与调制器1313集成在一起，其中光源及调制器集成在芯片1300上。调制器可包含光学分离器1315、相位调整器1317a、1317b、电极1319a、1319b及光学组合器1321。在一些实施例中，光源包含cwinp激光器，并且调制器是inp马赫-曾德调制器。

如图13中所说明，光源向光学分离器(例如，一到二光学分离器)提供光，所述光学分离器分离光并向相位调整器提供光以调整光的光学相位。相位调整器将相位经调整光学信号输出到电极，这可用于减少传输损耗并向光学组合器提供低损耗光学信号，以用于将低损耗光学信号组合成成角度的输出1323。在一些实施例中，相位调整器是dc相位调整器。在一些实施例中，电极是集总或行波(tw)电极。

举例来说，芯片1300可在非冷却环境中良好地操作，因为dc偏压可补偿改变材料的光学带隙的温度改变。芯片还可以高消光比操作，其具有适合于复杂调制的精确且可预测的转移特性，所述复杂调制例如具有4级的脉冲幅度调制(pam4)。在一些实施例中，芯片可为用于在图12中所展示的架构中实施的源。

然而，具有大量光源(例如用于1.6tb/s架构的32个光源，其中每一调制器具有其自己的光源)的一个问题是，如果32个中的单个光源发生故障，架构的有用性可能会受到影响。由于这些光源可能在高温下运行，因此其可能具有较低的可靠性，并且鉴于大量光源，可能会限制架构的整体可靠性。如果可能有办法来减少光源的数目并且还提供备用光源，那么可使架构更可靠。举例来说，这种方式在图14中展示。

图14是根据本发明的方面的与芯片上的调制器集成的光源的另一图。如图14中所展示，芯片1400(例如，inp芯片)包含光源1411a到1411d(其在一些实施例中可包含inp激光器)以及调制器1413a到1413d(例如，inp马赫-曾德调制器)。在一些实施例中，调制器中的每一者可提供50gb/s光学信号。在一些实施例中，调制器中的每一者是图13的调制器1313。举例来说，在架构中可存在这些芯片中的八者以提供32个波长，如图12中所展示。尽管图14中展示四个光源以及四个调制器，但每一调制器可不具有专用光源。举例来说，具有相似或相同波长的四个光源可通过分离器1415(例如，4×4分离器)提供光。在一些实施例中，在任何给定时间，仅激活四个光源中的一者，并且来自所述单个光源的光由分离器分离成四个并照射所有四个调制器。在各种实施例中，与同时照射四个光源的结构相比，这具有4倍的可靠性。举例来说，一个光源发生故障的可能性小于一组四个光源中的至少一者发生故障的可能性。

在一些实施例中，光源可汲取更高功率以允许4×分离到调制器中。如图14中进一步展示，来自所有光源的光进入分离器。举例来说，如果光源中的一者发生故障，那么可依次激活三个空闲的备用光源。分离器具有与例如1×4分离器相同的损耗，借此在分离器的输入添加三个额外光源具有标称缺点或无缺点。在各种实施例中，成本是最小的，因为不会增加裸片大小也不需要额外光刻步骤。在一些实施例中，在硅或未与光源集成的外部调制器的情况下，可遵循相同的方法。这例如在图15中展示。

图15说明根据本发明的方面的系统。在图15中，芯片1511a到1511d中的每一者例如具有相似或相同波长的四个光源。芯片1511a到1151d(例如，inp激光器芯片)光学耦合到芯片1500(例如，硅光子芯片)，其包含分离器1515a到1515d及调制器1513a到1513p，其中在一些实施例中调制器中的每一者是图13的调制器1313。这又耦合到多路复用信道的硅基二氧化硅plc1517。另外，存在各种方法来在不同材料之间划分功能。举例来说，分离器可在inp中、在硅中或在单独玻璃plc中制造。还可使用各种方法来耦合不同材料，例如mems耦合、光栅耦合器及/或对接耦合。

因为许多部件以阵列形式制造，例如激光器阵列、plc及硅光子芯片，所以mems耦合可用在阵列配置中。这在图16中展示，并且先前已在专利中描述，举例来说，2013年1月1日发布的标题为微机械对准光学组合件(micromechanicallyalignedopticalassembly)的第8,346,037号美国专利，其揭示内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。

图16说明根据本发明的方面的使用mems耦合将硅光子芯片耦合到激光器阵列的系统。在图16中，透镜阵列1601可光刻制成并附接到可移动台1603，可移动台1603包含两个调整臂1605a、1605b，每一侧具有一个臂。为使用透镜阵列将一个阵列芯片与另一阵列芯片对准，可操纵阵列两侧上的调整臂以优化对准，且接着锁定就位。

尽管已经关于各种实施例论述本发明，但应认识到，本发明包括由本发明支持的新颖及非显而易见的权利要求书。