[發明專利]一種硅基集成相干光發射機芯片及發射機

有效

• 申請號: 201410539951.6
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN104301041A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 周治平;王興軍;張俊龍;李田甜;余麗;蘇昭棠
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 薛晨光

技術領域

本發明涉及相干光發射機技術領域，更具體涉及一種硅基集成相干光發射機芯片及發射機。

背景技術

光通信正朝著更高譜效率、更低能耗、更長距離、更大容量的高速光傳輸系統發展。目前，隨著高帶寬新型業務的持續發展驅動，基于100Gb/s高速傳輸的應用需求日趨明顯。典型如華為在荷蘭皇家KPN電信集團的100Gb/s部署、阿朗在法國Completel的100Gb/s升級、香港新世界電信的100G部署等。國內在第一輪測試驗證以后，已開始建設商用網絡。其中，中國移動已經率先進行了100G設備的大規模招標，中國電信也在2013年年初正式啟動100G設備的商用部署。其中，100G高速傳輸系統中的最重要設備之一是光收發器。Infonetics光首席分析師Andrew?Schmitt表示“100G光收發器2012年已經在發力。盡管市場還處于初期，增長也將比較緩慢，但相干100G出貨量已經走上軌道，2013年增長將超過1倍，2014年將再翻一倍?！痹?00G光收發器中，調制和相干接收光模塊是基礎與核心。但是現在的商用光發射/接收機都是由分立器件搭建的，效率低、成本高、無法集成，體積及功耗成為急需解決的瓶頸問題。而從光通信的歷史來看，光通信的每一個里程碑式發展都依賴于基礎光子器件的突破。當前光通信的一個發展趨勢是，類似于電的集成電路和片上系統一樣，光通信系統也將逐漸集成在單一光電子芯片上，只有集成化才能實現高密度、低成本、低能耗，滿足未來信息社會環保綠色的需求。因此低成本、高度集成的硅基光電子學最近幾年蓬勃發展，成為光通信、光電子領域的研究熱點。日前，硅基光電子器件的部分技術指標已經達到商用器件的水平，并由于其和CMOS兼容，可以大規模集成，成本低的優點成為業界和科研機構普遍關注的100G光電子集成芯片的重要解決方案，大家也普遍認為硅基光電集成技術將會成為光通信領域的一項革命性的技術。

在國外，尤其是美國、日本的大型通信公司最近幾年也積極開展硅基研究工作。日本的Fujikura(藤倉)公司實現了單個硅基調制器的封裝，器件OOK調制速率超過了30Gb/s，并于2013年實現了60Gb/s的QPSK調制。Bell?Lab在2012年率先實現了基于硅基MZI調制器的單片集成112-Gb/s?PDM-QPSK發射芯片，并于2013年實現了224Gb/s的PDM-16QAM發射功能。

Bell?lab實現的PDM-QPSK發射機芯片示意圖如圖1所示，采用多模干涉儀(MMI)耦合器來進行光信號的分束和合束，調制器部分采用單驅動硅基調制器，由兩個BPSK調制器結合熱相移器產生正交相移鍵控(QPSK)信號，再將兩個QPSK信號中其中一路信號通過偏振旋轉器(PR)從TE(橫電)偏振態轉換為TM(橫磁)偏振態，通過偏振光合束器將TE偏振態和TM偏振態的QPSK合并起來產生偏振多路復用-正交相移鍵控(PDM-QPSK)信號。

其中，單驅動硅基調制器雖然具有使用RF驅動信號通道數少的優點，但是由于單路RF信號電壓需要加載到兩個調制器上進行驅動，因此對單路RF信號輸出幅度要求較高，目前硅基調制器半波電壓普遍較大，且高頻RF信號放大器輸出幅度有限，采用單驅動硅基調制器很難實現較大的消光比從而得到高質量的調制信號，且單驅動調制器為實現較高調制效率，往往尺寸較大、長度較長。另外，采用在其中一路信號中通過PR進行偏振態的轉換，由于PR會引入額外的損耗，因此從理論上便不能實現雙偏振信號中兩路不同偏振態信號功率均衡相等，同時由于完全兼容CMOS工藝的PR目前尚無突破性進展，因此Bell?lab采用的PR工藝實現較為復雜，為大規模批量生產也帶來了一定的難度。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是如何建構結構簡單、集成度高、體積小，同時功率高的相干光發射機。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種硅基集成相干光發射機芯片，包括光耦合器、光分束器、光合束器、硅基調制器、固定相移器以及耦合偏振合束器；