一种硅光子集成多波长光收发模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤通信领域的集成光学结构领域，具体涉及一种硅光子集成多波长 光收发模块。
【背景技术】
[0002] 随着绿色环保的普及，光通信行业已经逐渐向高度集成化、低功耗的方向发展，集 成化的小尺寸、低功耗、低成本光通信收发模块是当前市场的热点。在密集波分或频分复用 系统中，通常需要在发射机中布置多路激光器及电源，目前，已经产生或提出利用多个光源 实现多波长集成的光收发模块的方案。
[0003] 但是上述光收发模块使用时，存在以下不足：
[0004] 上述光收发模块的光源数量有限，光收发模块的光源之间的波长间隔难以控制， 难以实现等间隔多波长输出，而且光收发模块的集成度较低，难以满足用户的要求。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为:增加光收发模块发射的 光波数量、控制光波的波长间隔，本发明的集成度较高，成本较低，能够满足用户的要求，适 于推广。
[0006] 为达到以上目的，本发明提供的硅光子集成多波长光收发模块，包括光发射单元 和光接收单元，光发射单元的输出端设置有用于与外界相连的输出光纤，光接收单元的输 入端设置有用于与外界相连的输入光纤;所述光发射单元包括激光器、硅基微环滤波器、硅 基微环调制器阵列和硅基阵列波导光栅，硅基微环调制器阵列中硅基微环调制器的数量至 少为2个;激光器通过硅波导与硅基微环滤波器相连，硅基微环滤波器分别通过硅波导与硅 基微环调制器阵列中的每个硅基微环调制器相连，所述每个硅基微环调制器均通过硅波导 与娃基阵列波导光栅相连，娃基阵列波导光栅通过娃波导与输出光纤相连。
[0007] 在上述技术方案的基础上，所述光发射单元进行光发射时，激光器发射的激光通 过硅基微环滤波器滤波为波长间隔相等的多波长的光波，多波长的光波分别经所述每个硅 基微环调制器滤出需要的波长、并对该波长加载调制而成的光信号后，输出至硅基阵列波 导光栅;硅基阵列波导光栅将所述每个硅基微环调制器输出的光波合波后，通过硅波导耦 合至输出光纤。
[0008] 在上述技术方案的基础上，所述多波长的光波中的波长间隔为硅基微环滤波器的 自由光谱区的多波长光梳。
[0009] 在上述技术方案的基础上，所述硅基微环滤波器的硅基微环半径R根据多波长的 光波需要的波长间隔设定，其计算公式为
[0010]
[0011]上述公式中，C为光速，以为硅基微环滤波器的波导群折射率，π为圆周率，Af为根 据波长间隔得来的频率间隔。
[0012] 在上述技术方案的基础上，所述硅基微环调制器通过外部的调制信号源实现调制 功能，其包括由硅光直波导、具有波长选择功能的硅基微环谐振芯片、P+掺杂和n+掺杂形成 的电极，硅基微环谐振芯片的内部掺杂和外部掺杂形成电极结构；该硅基微环调制器实现 调制功能时，所述电极结构用于注入载流子;加调制信号时，若为高电平，则直流光直接通 过硅光直波导输出；若为低电平，硅光直波导的光被耦合至微环谐振芯片，硅光直波导无输 出光；
[0013] 或者：
[0014] 所述硅基微环调制器包括硅基微环和硅基马赫-曾德调制器，每1个波长对应1个 硅基微环和1个硅基马赫-曾德调制器;该硅基微环调制器实现调制功能时，硅基微环实现 滤波功能，硅基马赫-曾德调制器将信号加载至经过波长选择后的光波上。
[0015] 在上述技术方案的基础上，所述硅基阵列波导光栅包括输入波导、第一罗兰圆、阵 列波导、第二罗兰圆和输出波导。
[0016] 在上述技术方案的基础上，所述光发射单元还包括驱动电路芯片，光发射单元的 激光器内设置有光增益芯片和硅基调制芯片，光增益芯片、硅基调制芯片均与驱动电路芯 片相连。
[0017] 在上述技术方案的基础上，所述光接收单元包括娃基阵列波导光栅、至少2个光电 探测芯片、与光电探测芯片数量相同的变阻放大电芯片、以及与光电探测芯片数量相同的 限制放大电芯片;光接收单元的输入光纤通过硅波导与硅基阵列波导光栅相连，硅基阵列 波导光栅分别通过硅波导与每个光电探测芯片相连;每个光电探测芯片通过1个变阻放大 电芯片与1个限制放大电芯片电连接，1个光电探测芯片、1个变阻放大电芯片、1个变阻放大 电芯片与1个波长的光对应。
[0018] 在上述技术方案的基础上，所述光接收单元进行光接收时，输入光纤接收来自光 网络系统的多个波长的入射光，硅基阵列波导光栅对多个波长的光进行分波、并将分波后 每个波长的光通过光1个电探测芯片转换为电信号;转换的电信号依次经过1个变阻放大电 芯片和1个限制放大电芯片放大后输出。
[0019] 在上述技术方案的基础上，所述光收发模块还包括硅衬底，所述光发射单元和光 接收单元均设置于硅衬底上。
[0020] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0021 ] 娃光子集成采用S0I(Silicon-0n-Insulator，绝缘衬底上的娃)材料形成光波导， 芯层Si和包层Si02的较大的折射率差对光场有强的限制作用，实现了小到微米量级的波导 弯曲半径，为高度集成提供启示;在此基础上，本发明提出了采用硅光子集成多波长光收发 模块。
[0022]与现有技术中光源有限、光源之间的波长间隔难以控制的光收发模块相比，本发 明通过单个硅基微环滤波器产生固定频率和波长间隔的多波长光波，光波的波长间隔保持 相等;与此同时，本发明通过硅基微环调制器阵列将各个波长分别调制，进而实现多波长的 调制和发射，不仅发射的光波数量较多，而且集成度较高，成本较低，能够满足用户的要求， 适于推广。
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例中硅光子集成多波长光收发模块的结构示意图。
[0024] 图中：101-激光器，102-硅基微环滤波器，103-硅基微环调制器阵列，104-硅基阵 列波导光栅，105-光接收单元，106-输出光纤，107-光发射单元，108-输入光纤，109-娃光直 波导，110-光电探测芯片，111-变阻放大电芯片，112-限制放大电芯片。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0026] 参见图1所不，本发明实施例中的娃光子集成多波长光收发模块，包括娃衬底，娃 衬底上设置有光发射单元107和光接收单元105,光发射单元107的输出端设置有用于与外 界相连的输出光纤106,光接收单元105的输入端设置有用于与外界相连的输入光纤108。
[0027] 参见图1所示，光发射单元107包括激光器101、硅基微环滤波器102、硅基微环调制 器阵列、硅基阵列波导光栅104和驱动电路芯片；硅基微环调制器阵列中硅基微环调制器 103的数量为η个：103!、103 2、1033、1034…103n。激光器101内设置有光增益芯片和硅基调制 芯片，光增?芯片、娃基调制芯片均与驱动电路芯片相连。
[0028] 参见图1所示，激光器101通过硅波导与硅基微环滤波器102相连，硅基微环滤波器 102分别通过硅波导与硅基微环调制器阵列中的每个硅基微环调制器103相连，所述每个硅 基微环调制器103均通过硅波导与硅基阵列波导光栅104相连，硅基阵列波导光栅104通过 娃波导与输出光纤106相连。
[0029] 硅基微环调制器103通过外部的调制信号源实现调制功能，其包括由硅光直波导 109、具有波长选择功能的硅基微环谐振芯片、ρ+掺杂和η+掺杂形成的电极，硅基微环谐振 芯片的内部掺杂和外部掺杂形成电极结构。娃基阵列波导光栅104包括输入波导、第一罗兰 圆、阵列波导、第二罗兰圆和输出波导。
[0030] 参见图1所示，所述光发射单元107进行光发射时，激光器101发射的激光通过硅波 导进入硅基微环滤波器102,硅基微环滤波器102作为上下话路型微环(add-drop型）使用， 从drop端输出波长间隔相等的多波长的光波，光波的波长间隔为硅基微环滤波器102的自 由光谱区的多波长光梳。
[0031] 硅基微环滤波器102的硅基微环传输谱中的谐振峰为周期性出现，相邻谐振峰之 间的波长间隔FSR可表示为：
[0032]
⑴
[0033] 或者表示为：
（2)
[0034] 公式（1)和（2)中Af为根据波长间隔得来的频率间隔，R为硅基微环半径，ng为硅 基微环滤波器的波导群折射率，λ为硅基微环谐振波长，λ大小可以通过硅材料的热光效应 和电光效应调节，c为光速。从公式（1)可以看出硅基微环滤波器10