CN111239936A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供的光模块，包括：电路板；硅光芯片，设置在电路板上，硅光芯片的输入光口内设置偏振旋转分束器，通过偏振旋转分束器接收光模块外部传输至其的信号光，将信号光调制为电信号并通过硅光芯片的光电口输出；偏振旋转分束器包括：衬底；第一硅波导，设置在衬底上；第二硅波导，设置在第一硅波导第一端的上方，厚度大于第一硅波导的厚度；第三硅波导，设置在第一硅波导第一端的上方，厚度大于第一硅波导的厚度，第三硅波导与第二硅波导之间存在间距，间距内填充包层；氮化硅波导，设置在第一硅波导第二端的上方，与第一硅波导之间存在间距，间距内填充包层。通过包含氮化硅波导等的偏振旋转分束器，提升光到硅光芯片内部的耦合效率。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

在云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式，均会用到光通信技术。而在光通信中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一。其中，由于硅光芯片具有尺寸小、集成密度高成本低的优点，因此采用硅光芯片实现电光-光电转换功能已经成为高速光模块采用的一种主流方案。

但在采用硅光芯片实现光电转换的使用中发现，当信号光自硅光芯片的入光口耦合进入硅光芯片时，由于硅的折射率比较高造成信号光到硅光芯片的耦合效率比较低。同时，信号光在到达硅光芯片的入光口之前经过了一定距离的传输，信号光的偏振状态将不固定，而不同偏振态信号光的模场差别很大，进而造成信号光到硅光芯片的耦合效率更低。

发明内容

本申请实施例提供了一种光模块，提高信号光到硅光芯片的耦合效率。

第一方面，本申请实施例提供的一种光模块，包括：

电路板；

硅光芯片，设置在所述电路板上与所述电路板电连接，所述硅光芯片的输入光口内设置偏振旋转分束器，通过所述偏振旋转分束器接收光模块外部传输至其的信号光，将所述信号光调制为电信号并通过所述硅光芯片的光电口输出；

所述偏振旋转分束器包括：

衬底；

第一硅波导，设置在所述衬底上；

第二硅波导，设置在所述第一硅波导第一端的上方，厚度大于第一硅波导的厚度，长度方向与所述第一硅波导长度方向平行；

第三硅波导，设置在所述第一硅波导第一端的上方，厚度大于第一硅波导的厚度，长度方向与所述第一硅波导长度方向平行，所述第三硅波导与所述第二硅波导之间存在间距，间距内填充包层；

氮化硅波导，设置在所述第一硅波导第二端的上方，与所述第一硅波导之间存在间距，间距内填充包层，所述氮化硅波导长度方向与所述第一硅波导长度方向平行。

第二方面，本申请实施例提供的一种光模块，包括：电路板；

光源，与所述电路板电连接，用于发出不携带信号的光；

硅光芯片，设置在所述电路板上与所述电路板电连接，所述硅光芯片的输入光口设置有偏振旋转分束器，通过所述偏振旋转分束器接收所述不携带信号的光，将所述不携带信号的光调制为信号光并通过所述硅光芯片的输出光口输出所述信号光；

所述偏振旋转分束器包括：

衬底；

第一硅波导，设置在所述衬底上；

第二硅波导，设置在所述第一硅波导第一端的上方，厚度大于第一硅波导的厚度，长度方向与所述第一硅波导长度方向平行；

第三硅波导，设置在所述第一硅波导第一端的上方，厚度大于第一硅波导的厚度，长度方向与所述第一硅波导长度方向平行，所述第三硅波导与所述第二硅波导之间存在间距，间距内填充包层；

氮化硅波导，设置在所述第一硅波导第二端的上方，与所述第一硅波导之间存在间距，间距内填充包层，所述氮化硅波导长度方向与所述第一硅波导长度方向平行。

本申请提供的光模块，光模块外部的信号光通过光纤传输至硅光芯片的输入光口或光源发出的不携带信号的光进入硅光芯片的输入光口，通过硅光芯片的输入光口的偏振旋转分束器耦合进入硅光芯片的内部。偏振旋转分束器包括氮化硅波导、第一硅波导、第二硅波导和第三硅波导，第一硅波导的厚度小于第二硅波导和第三硅波导的厚度。如，信号光进入硅光芯片的输入光口，耦合进氮化硅波导，并在氮化硅波导传输的过程中逐渐耦合至第一硅波导，并在氮化硅波导和第一硅波导体系中实现TM偏振光到TE10偏振光模式的转化；经第一硅波导逐渐耦合至第二硅波导；最后经第二硅波导逐渐耦合至第三硅波导，并在第一硅波导、第二硅波导和第三硅波导体系中实现TE10偏振光到TE偏振光模式的转化，第三硅波导与硅光芯片中的硅芯层连接，进而实现了信号光从第三硅波导传输至了硅光芯片内部。

光模块外部的信号光通过偏振旋转分束器的端面时，耦合进氮化硅波导，由于氮化硅波导比硅的折射率小，那么使用氮化硅波导将比光直接耦合至硅光芯片内的硅芯层或通过硅波导结构的端面耦合器耦合至硅光芯片内的硅芯层的耦合效率高，然后通过第一硅波导、第二硅波导和第三硅波导耦合进硅光芯片内部。因此，偏振旋转分束器可以实现TE偏振光和TM偏振光模式信号光到硅光芯片内的耦合，提供信号光到硅光芯片的耦合效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络单元结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本申请实施例提供光模块分解结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种光模块的内部结构框图；

图6为本申请实施例提供的一种偏振旋转分束器的主视图；

图7为本申请实施例提供的一种偏振旋转分束器的俯视图；

图8为图7中A-A方向的剖视图；

图9为图7中B-B方向的剖视图；

图10为本申请实施例提供的偏振旋转分束器的分区示意图；

图11为本申请实施例提供的偏振旋转分束器耦合第一区的局部结构示意图；

图12为图11中C-C方向的剖视图；

图13为本申请实施例提供的偏振旋转分束器耦合第二区的局部结构示意图；

图14为图13中D-D方向的剖视图；

图15为本申请实施例提供的偏振旋转分束器耦合第三区的局部结构示意图；

图16为图15中E-E方向的剖视图；

图17为本申请实施例提供的偏振旋转分束器耦合第四区的局部结构示意图；

图18为图17中F-F方向的剖视图；

图19为本申请实施例提供的偏振旋转分束器耦合第五区的局部结构示意图；

图20为图19中G-G方向的剖视图；

图21为本申请实施例提供的偏振旋转分束器耦合第六区的局部结构示意图；

图22为图21中H-H方向的剖视图；

图23为本申请实施例提供的偏振旋转分束器耦合第七区的局部结构示意图；

图24为图23中I-I方向的剖视图；

图25为本申请实施例提供的偏振旋转分束器耦合第八区的局部结构示意图；

图26为图25中J-J方向的剖视图；

图27为本申请实施例提供的偏振旋转分束器耦合第九区的局部结构示意图；

图28为图27中K-K方向的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、I2C信号、数据信号以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接；

光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。

光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接；具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。

光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接，具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。

光模块200插入光网络终端中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本发明实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，本发明实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁部件203、电路板300、硅光芯片400、光源500及光纤插座600。

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下壳体上。

两个开口具体可以是在同一方向的两端开口(204、205)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块内部的硅光芯片403；电路板300、硅光芯片400、光源500等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、硅光芯片400等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体部件，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽部件无法安装，也不利于生产自动化。

解锁部件203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合部件；拉动解锁部件的末端可以在使解锁部件在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件，解锁部件的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

电路板300上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)及芯片(如MCU、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。

电路板通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。

电路板一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光收发器件位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接。

硅光芯片400设置在电路板300上，与电路板300实现电连接，具体可以是打线连接；硅光芯片的周边与电路板300之间通过多条导电线连接，所以硅光芯片400一般设置在电路板300的表面。

硅光芯片400与激光盒500之间通过第一光纤带401实现光连接，硅光芯片400通过第一光纤带401接收来自激光盒500的光，进而对光进行调制，具体为将信号加载到光上；硅光芯片400接收来自光纤插座600的光，进而将光信号转换为电信号。

硅光芯片400与光纤插座600之间通过第二光纤带402实现光连接，光纤插座600实现与光模块外部光纤的光连接。硅光芯片400调制的光通过第二光纤带402传输至光纤插座600，通过光纤插座600传输至外部光纤；外部光纤传来的光通过光纤插座600传输至第二光纤带402，通过第二光纤带402传输至硅光芯片400中；从而实现硅光芯片400向光模块外部光纤输出携带数据的光，或从光模块外部光纤接收携带数据的信号光。

在本申请实施例中，硅光芯片400上设置输入光口、输出光口、监控光口、高速电信号接口和直流偏置信号接口等。其中输入光口包括第一输入光口和第二输入光口，第一输入光口用于将激光盒500输出的光耦合进入硅光芯片内部；第二输入光口用于将光模块外部光纤接收携带数据的光耦合进入硅光芯片内部；输出光口用于将调制后的信号光耦合出硅光芯片400。

下面结合第二输入光口内设置光波导耦合器，对提高第二光纤带402上传输光到硅光芯片400内的耦合效率为例进行详细说明。

硅光芯片400的材质主要为硅，若将光模块外部输入的信号光通过第二光纤带402传输的光直接耦合至硅光芯片400内的硅芯层或通过硅波导结构的端面耦合器耦合至硅光芯片400内的硅芯层，由于硅的折射率为3.5，将会导致该光到硅光芯片400内的耦合效率比较低。为提高第二光纤带402传输的信号光到硅光芯片400内的耦合效率，硅光芯片400的输入光口设置偏振旋转分束器700，用于提高第二光纤带402上传输信号光到硅光芯片400内的耦合效率。

图5为本申请实施例提供一种光模块的内部结构框图。如图5所示，本申请实施例提供的硅光芯片400的输入光口设置有偏振旋转分束器700。在本申请实施例中，光模块外部的信号光通过第二光纤402传输、耦合至偏振旋转分束器700，然后通过偏振旋转分束器700耦合至硅光芯片400内部。

图6为本申请实施例提供的一种偏振旋转分束器700的主视图，如图6所示，本申请实施例提供的偏振旋转分束器700包括衬底、包层、氮化硅波导710、第一硅波导720、第二硅波导730和第三硅波导740。第一硅波导720设置在衬底上，第二硅波导730和第三硅波导740设置在第一硅波导720第一端的上方，氮化硅波导710设置在第一硅波导720第二端的上方。其中，以图6的视图方向为参照，“第一端”为靠右的一端，“第二端”为靠左的一端，“上方”靠近上部。第二硅波导730的长度方向与第一硅波导720长度方向平行，第三硅波导740的长度方向与第一硅波导720长度方向平行，氮化硅波导710的长度方向与第一硅波导720长度方向平行。氮化硅波导710与第一硅波导720之间存在间距，间距内填充包层。第二硅波导730的厚度大于第一硅波导720的厚度，第三硅波导740的厚度大于第一硅波导720的厚度。

可选的，采用二氧化硅等折射率小于波导折射率的材料用作氮化硅波导710、第一硅波导720、第二硅波导730和第三硅波导740的衬底和包层。在本申请实施例中，氮化硅波导710的端面用于耦合通过第二光纤带402传输至其的信号光。

图7为本申请实施例提供的一种偏振旋转分束器700的俯视图，图8为图7中A-A方向的剖视图，图9为图7中B-B方向的剖视图。图7-9中还示出了光的传输路径，其中实线箭头表示TE偏振光的传输路径、虚线箭头表示TM偏振光的传输路径。如图7-9所示，第一硅波导720设置在氮化硅波导710的下方，第二硅波导730和第三硅波导740设置在第一硅波导720第一端的上方，第二硅波导730与第三硅波导740之间存在间距，间距内设置包层。结合图6-9可知，偏振旋转分束器700的结构是衬底和包层包裹氮化硅波导710、第一硅波导720、第二硅波导730和第三硅波导的结构。

在本申请实施例中，第二硅波导730和第三硅波导740设置在第一硅波导720第一端的上方。第二硅波导730与第一硅波导720接触形成以第一硅波导720底板的第一脊型硅波导；第三硅波导740与第一硅波导720接触形成以第一硅波导720底板的第二脊型硅波导。

结合图7-9可知，光模块外部的信号光通过第二光纤402传输至偏振旋转分束器700的端面，耦合至氮化硅波导710；经氮化硅波导710逐渐耦合至第一硅波导720，并在氮化硅波导和第一硅波导体系中实现TM偏振光到TE10偏振光模式的转化；经第一硅波导720逐渐耦合至第二硅波导730形成的第一脊型硅波导；最后经第二硅波导730逐渐耦合至第三硅波导740形成的第二脊型硅波导，并在第一脊型硅波导和第二脊型硅波导体系中实现TE10偏振光到TE偏振光模式的转化，第二硅波导730和第三硅波导740与硅光芯片400中的硅芯层连接，进而实现了信号光从第二硅波导730和第三硅波导740传输至了硅光芯片400内部。偏振旋转分束器700用于实现光模块外部的信号光到硅光芯片400的耦合。

在本申请实施例中，氮化硅波导710为氮化硅材质的波导，第一硅波导720、第二硅波导730和第三硅波导740为硅材质的波导。硅的折射率为3.5，而氮化硅的折射率为2，氮化硅的折射率小于硅的折射率。光模块外部的信号光通过第二光纤带402传输至偏振旋转分束器700的端面时，耦合进氮化硅波导710，由于氮化硅波导710比硅的折射率小，那么使用氮化硅波导710将比光直接耦合至硅光芯片400内的硅芯层或通过硅波导结构的端面耦合器耦合至硅光芯片400内的硅芯层的耦合效率高，然后通过第一硅波导720、第二硅波导730和第三硅波导耦合进硅光芯片400内部。因此，通过第二光纤带402传输至硅光芯片400的光，经过偏振旋转分束器700过渡，提高该光到硅光芯片400的耦合效率。

在本申请实施例提供的偏振旋转分束器700，当光模块外部的信号光通过第二光纤402传输的信号光为TE偏振光时，耦合至氮化硅波导710，经氮化硅波导710逐渐耦合至第一硅波导720，再经第二硅波导730逐渐耦合至第三硅波导740，最后经第三硅波导740传输至了硅光芯片400内部。同时，当光模块外部的信号光通过第二光纤402传输的信号光为TM偏振光时，耦合至氮化硅波导710，在氮化硅波导和第一硅波导体系中可以实现TM偏振光到TE10偏振光模式的转化，并在第一硅波导、第二硅波导和第三硅波导体系中实现TE10偏振光到TE偏振光模式的转化，逐渐耦合至第三硅波导740，最后经第三硅波导740传输至了硅光芯片400内部。因此，本申请实施例提供的偏振旋转分束器700，可将未知偏振态的入射信号光调整到已知的偏振态，有效的将TE偏振和TM偏振入射信号光高效率耦合到硅光芯片400内，对TE偏振和TM偏振信号光耦合效率达到90％以上。

在本申请实施例中，偏振旋转分束器700的尺寸比较小，上表面可至1mm²。可选的，氮化硅波导710的厚度小于500nm，第一硅波导720的厚度小于200nm，第一脊型硅波导的厚度大于200nm，第二脊型硅波导的厚度大于200nm。可选的，第二硅波导730的厚度大于200nm，第三硅波导的厚度大于200nm。如，氮化硅波导710的厚度为250nm，第一硅波导720的厚度为90nm，第二硅波导730的厚度为220nm，第三硅波导的厚度为220nm。氮化硅波导710与第一硅波导720之间的间距为50nm-500nm，第二硅波导730与第三硅波导740之间的间距为50nm-500nm。如此，便于实现偏振旋转分束器700尺寸小型化。

为便于偏振旋转分束器700实现提升光到硅光芯片400内部的耦合效率，偏振旋转分束器700沿其长度方向被分为耦合第一区、耦合第二区、耦合第三区、耦合第四区和耦合第五区。图10为本申请实施例提供到的一种偏振旋转分束器700的分区结构示意图。如图10所示，耦合第一区、耦合第二区、耦合第三区、耦合第四区和耦合第五区依次连接。

在本申请实施例中，氮化硅波导710包括依次连接的第一段711、第二段712、第三段713和第四段714；第一硅波导720包括依次连接的第一段721、第二段722、第三段723、第四段724、第五段725、第六段726、第七段727和第八段728；第二硅波导730包括依次连接的第一段731、第二段732、第三段733和第四段734；第三硅波导740包括依次连接的第一段741和第二段742。氮化硅波导710、第一硅波导720、第二硅波导730和第三硅波导740中各段的长度可根据偏振旋转分束器700的实际需要以及氮化硅波导710、第一硅波导720、第二硅波导730和第三硅波导740的厚度进行选择。

下面结合偏振旋转分束器700的分区对本申请实施例提供的偏振旋转分束器700的进行详细描述。

图11为实施例提供的耦合第一区的局部结构示意图，图12为图11中C-C方向的剖视图。如图11和12所示，耦合第一区包括氮化硅波导的第一段711。光模块外部的信号光通过第二光纤402传输至偏振旋转分束器700的端面，即传输至氮化硅波导710的端面，经氮化硅波导710的端面耦合至氮化硅波导的第一段711，耦合至氮化硅波导的第一段711光在氮化硅波导的第一段711中独立稳定的传输，氮化硅波导的第一段711的长度和宽度满足单模传输条件。在耦合第一区TE偏振光和TM偏振光均独立稳定的传输，不发生光场的耦合以及模式转化。

图13为实施例提供的耦合第二区的局部结构示意图，图14为图13中D-D方向的剖视图。如图13和14所示，耦合第二区包括氮化硅波导的第二段712和第一硅波导的第一段721，形成氮化硅和第一硅的混合波导体系。在耦合第二区，TE偏振光从氮化硅波导的第二段712耦合至第一硅波导的第一段721，TM偏振光从氮化硅波导的第二段712耦合至氮化硅和第一硅的混合波导体系。

为减少光场从氮化硅波导到氮化硅和第一硅的混合波导体系的耦合损耗，第一硅波导的第一段721的宽度自其前端向其末端逐渐增大。可选的，第一硅波导的第一段721的宽度在其前端最小，并沿其前端至末端方向逐渐增大。其中，以图10的视图方向为参照，“前端”是指图10中靠左的一端，“末端”是指图10中靠右的一端。进而第一硅波导的第一段721的前端为图13中靠左的一端、第一硅波导的第一段721的末端为图13中靠右的一端。第一硅波导的第一段721的宽度在其前端最小，便于减小光场从氮化硅波导到氮化硅和第一硅混合波导体系的耦合损耗。

进一步，第一硅波导的第一段721呈等腰梯形状，即第一硅波导的第一段721的前端具有第一硅波导720最小的宽度，第一硅波导的第一段721的两侧边沿第一硅波导720的长度方向对称式逐渐增大。

耦合第二区的长度主要影响信号光的耦合率，因此耦合第二区中氮化硅波导的第二段712和第一硅波导的第一段721要保持足够长，具体根据实际偏振旋转分束器700的尺寸大小以及氮化硅波导710和第一硅波导720的厚度进行选择。

图15为实施例提供的耦合第三区的局部结构示意图，图16为图15中E-E方向的剖视图。如图15和16所示，耦合第三区包括氮化硅波导的第三段713和第一硅波导的第二段722，继续形成氮化硅和第一硅的混合波导体系。在耦合第三区，TE偏振光稳定传输，TM偏振光在成氮化硅和第一硅的混合波导体系转化为TE10偏振光。

在耦合第三区，第一硅波导的第二段722的宽度自其前端向其末端逐渐增大。可选的，第一硅波导的第二段722的宽度在其前端最小，并沿其前端至末端方向逐渐增大。第一硅波导的第二段722的宽度在其前端最小，便于实现TM偏振光在成氮化硅和第一硅的混合波导体系转化为TE10偏振光。进一步，第一硅波导的第二段722呈等腰梯形状，即第一硅波导的第二段722的前端具有第一硅波导的第二段722最小的宽度，第一硅波导的第二段722的两侧边沿第一硅波导720的长度方向对称式逐渐增大。

耦合第二区的长度主要影响TM偏振光到TE10偏振光的转化，因此耦合第二区中氮化硅波导的第三段713和第一硅波导的第二段722要保持足够长，具体根据实际偏振旋转分束器700的尺寸大小以及氮化硅波导710和第一硅波导720的厚度进行选择。

图17为实施例提供的耦合第四区的局部结构示意图，图18为图17中F-F方向的剖视图。如图17和18所示，耦合第四区包括氮化硅波导的第四段714和第一硅波导的第三段723，继续形成氮化硅和第一硅混合波导体系。在耦合第四区，TE偏振光在近乎全部耦合至第一硅波导的第三段723，TE10偏振光从氮化硅和第一硅混合波导体系耦合至第一硅波导的第三段723。

在耦合第四区，氮化硅波导的第四段714的宽度自其前端向其末端逐渐减小。氮化硅波导的第四段714的宽度在其前端最大，并沿其前端至末端方向逐渐减小。可选的，氮化硅波导的第四段714呈等腰梯形状，氮化硅波导的第四段714的前端具有最大的宽度，氮化硅波导的第四段714的两侧边沿氮化硅波导710的长度方向对称式逐渐减小。在本申请实施例中，为实现TE偏振光和TE10偏振光从氮化硅和第一硅混合波导体系充分耦合到第一硅波导720，耦合第四区中氮化硅波导的第四段714和第一硅波导的第三段723要保持足够长，具体根据实际偏振旋转分束器700的尺寸大小以及氮化硅波导710和第一硅波导720的厚度进行选择。

可选的，第一硅波导的第三段723的宽度自其前端向其末端逐渐增大，第一硅波导的第三段723的宽度在其前端最小，便于实现TE10偏振光从氮化硅和第一硅混合波导体系耦合至第一硅波导的第三段723。可选的，第一硅波导的第三段723呈等腰梯形状，即第一硅波导的第三段723的前端具有第一硅波导的第三段723最小的宽度，第一硅波导的第三段723的两侧边沿第一硅波导720的长度方向对称式逐渐增大。

图19为实施例提供的耦合第五区的局部结构示意图，图20为图19中G-G方向的剖视图。如图19和20所示，耦合第五区包括第一硅波导的第四段724。在耦合第五区，TE偏振光和TE10偏振光稳定传输。

在本申请实施例中，耦合第五区的长度可根据需要任意选择，并且第一硅波导的第四段724的宽度可与第一硅波导的第三段723末端的宽度相等，也可以比第一硅波导的第三段723末端的宽度大或小，第一硅波导的第四段724的宽度可逐渐增大或逐渐减小。

图21为实施例提供的耦合第六区的局部结构示意图，图22为图21中H-H方向的剖视图。如图21和22所示，耦合第六区包括第一硅波导的第五段725和第二硅波导的第一段731，形成第一硅和第二硅的混合波导体系。其中，第二硅波导的第一段731设置在第一硅波导的第五段725上方，第二硅波导的第一段731的厚度大于第一硅波导的第五段725的厚度。第二硅波导的第一段731与第一硅波导的第五段725接触形成以第一硅波导720底板的第一脊型硅波导的第一段。进而在耦合第六区，TE偏振光和TE10偏振光逐渐从第一脊型硅波导的第一段的区域耦合至第一脊型硅波导的第一段的脊型区域。

为减少光场从氮化硅波导到氮化硅和第一硅的混合波导体系的耦合损耗，第二硅波导的第一段731的宽度自其前端向其末端逐渐增大。可选的，第二硅波导的第一段731的宽度在其前端最小，并沿其前端至末端方向逐渐增大。第二硅波导的第一段731呈等腰梯形状，即第二硅波导的第一段731的前端具有第二硅波导730最小的宽度，第二硅波导的第一段731的两侧边沿第二硅波导730的长度方向对称式逐渐增大。

耦合第六区的长度主要影响TE偏振光和TE10偏振光的耦合率，因此耦合第六区中第一硅波导的第五段725和第二硅波导的第一段731要保持足够长，具体根据实际偏振旋转分束器700的尺寸大小以及氮化硅波导710、第一硅波导720和第二硅波导的厚度进行选择。

图23为实施例提供的耦合第七区的局部结构示意图，图24为图23中I-I方向的剖视图。如图23和24所示，耦合第七区包括第一硅波导的第六段726和第二硅波导的第二段732，继续形成第一硅和第二硅的混合波导体系。第二硅波导的第二段732与第一硅波导的第六段726接触形成以第一硅波导720底板的第一脊型硅波导的第二段。在耦合第七区，用于实现TE偏振光和TE10偏振光在第一脊型硅波导中稳定传输。

在耦合第七区，第一硅波导的第六段726的宽度自其前端向其末端逐渐增大。可选的，第一硅波导的第六段726的宽度在其前端最小，并沿其前端至末端方向逐渐增大。进一步，第一硅波导的第六段726呈等腰梯形状，即第一硅波导的第六段726的前端具有第一硅波导的第六段726最小的宽度，第一硅波导的第六段726的两侧边沿第一硅波导720的长度方向对称式逐渐增大。第二硅波导的第二段732的宽度等于第二硅波导的第一段731末端宽度。

为保证实现TE偏振光和TE10偏振光稳定传输，耦合第七区中第一硅波导的第六段726和第二硅波导的第二段732要保持足够长，具体根据实际偏振旋转分束器700的尺寸大小以及氮化硅波导710、第一硅波导720和第二硅波导730的厚度进行选择。

图25为实施例提供的耦合第八区的局部结构示意图，图26为图25中J-J方向的剖视图。如图25和26所示，耦合第八区包括第一硅波导的第七段727、第二硅波导的第三段733和第三硅波导的第一段741，形成第一硅、第二硅和第三硅混合波导体系。第二硅波导的第三段732与第一硅波导的第七段727接触形成以第一硅波导720底板的第一脊型硅波导的第三段；第三硅波导的第一段741与第一硅波导的第七段727接触形成以第一硅波导720底板的第二脊型硅波导的第一段。在耦合第八区，TE偏振光在第一脊型硅波导的第三段中稳定传输，TE10偏振光在第一硅、第二硅和第三硅混合波导体系转化为TE偏振光，然后逐渐耦合进入第二脊型硅波导的第一段。

在耦合第八区，第二硅波导的第三段733的宽度自其前端向其末端逐渐减小，第三硅波导的第一段741的宽度自其前端向其末端逐渐增大，第二硅波导的第三段733和第三硅波导的第一段741之间存在间距，间距大于为50nm-500nm。第二硅波导的第三段733的宽度在其前端最大，沿其前端至末端方向逐渐减小；第三硅波导的第一段741的宽度在其前端最小，沿其前端至末端方向逐渐增大。可选的，第二硅波导的第三段733呈等腰梯形状，即第二硅波导的第三段733的前端具有最大的宽度，第二硅波导的第三段733的两侧边沿第二硅波导730的长度方向对称式逐渐减小。可选的，第三硅波导的第一段741呈等腰梯形状，即第三硅波导的第一段741的前端具有第三硅波导740最小的宽度，第三硅波导的第一段741的两侧边沿第三硅波导740的长度方向对称式逐渐增大。

耦合第八区的长度主要影响TE10偏振光的转化和耦合，因此耦合第八区中第一硅波导的第七段727、第二硅波导的第三段733和第三硅波导的第一段741要保持足够长，具体根据实际偏振旋转分束器700的尺寸大小以及氮化硅波导710、第一硅波导720、第二硅波导730和第三硅波导740的厚度进行选择。

图25为实施例提供的耦合第九区的局部结构示意图，图26为图25中K-K方向的剖视图。如图25和26所示，耦合第九区包括第一硅波导的第八段728、第二硅波导的第四段734和第三硅波导的第二段742，形成第一硅、第二硅和第三硅混合波导体系。第二硅波导的第四段732与第一硅波导的第八段728接触形成以第一硅波导720底板的第一脊型硅波导的第四段；第三硅波导的第二段742与第一硅波导的第八段728接触形成以第一硅波导720底板的第二脊型硅波导的第二段。在耦合第九区，实现TM转化后的TE偏振光和原TE偏振光在第一脊型硅波导的第四段和第二脊型硅波导的第二段稳定传输。

第二硅波导的第四段734和第三硅波导的第二段742用于连接硅光芯片400中的硅芯层，如硅光芯片400中的单模硅波导，进而实现TM转化后的TE偏振光和原TE偏振光耦合至硅光芯片400内部。如，TM转化后的TE偏振光通过第三硅波导的第二段742耦合至硅光芯片400内部，原TE偏振光通过第二硅波导的第四段734耦合至硅光芯片400内部。

在耦合第九区，为保证TM转化后的TE偏振光和原TE偏振光在第二硅波导的第四段734和第三硅波导的第二段742稳定传输，第二硅波导的第四段734和第三硅波导的第二段742长度可根据需要进行选择。如，当连接硅光芯片400中单模硅波导需要的长度较长，则选择长度相对较长；当连接硅光芯片400中单模硅波导需要的长度较短，则选择长度相对较短。并且当第二硅波导的第四段734和第三硅波导的第二段742连接硅光芯片400中单模硅波导时，第二硅波导的第四段734和第三硅波导的第二段742的宽度为预设宽度，可选的预设宽度等于单模硅波导的宽度，如此便于光通过第二硅波导的第四段734和第三硅波导的第二段742输入到单模波导中。

在本申请实施例中，可通过优化调整氮化硅波导710、第一硅波导720、第二硅波导730和第三硅硅波导740应各段的长度实现不同波长的光至硅光芯片400的高耦合效率的耦合。

第一输入光口内设置偏振旋转分束器，用于提高第一光纤带401上传输光到硅光芯片400内的耦合效率，与上述实施例第二输入光口内设置偏振旋转分束器类似。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

硅光芯片，设置在所述电路板上与所述电路板电连接，所述硅光芯片的输入光口内设置偏振旋转分束器，通过所述偏振旋转分束器接收光模块外部传输至其的信号光，将所述信号光调制为电信号并通过所述硅光芯片的光电口输出；

所述偏振旋转分束器包括：

衬底；

第一硅波导，设置在所述衬底上；

第二硅波导，设置在所述第一硅波导第一端的上方，厚度大于第一硅波导的厚度，长度方向与所述第一硅波导长度方向平行；

第三硅波导，设置在所述第一硅波导第一端的上方，厚度大于第一硅波导的厚度，长度方向与所述第一硅波导长度方向平行，所述第三硅波导与所述第二硅波导之间存在间距，间距内填充包层；

氮化硅波导，设置在所述第一硅波导第二端的上方，与所述第一硅波导之间存在间距，间距内填充包层，所述氮化硅波导长度方向与所述第一硅波导长度方向平行。

2.根据权利要求1所述光模块，其特征在于，所述偏振旋转分束器沿其长度方向分为分束器第一区、分束器第二区、分束器第三区和分束器第四区；

所述氮化硅波导包括依次连接的第一段、第二段、第三段和第四段；所述第一硅波导包括依次连接的第一段、第二段和第三段；

所述氮化硅波导的第一段位于所述分束器第一区，所述氮化硅波导的第一段用于耦合光模块外部传输的信号光；

所述氮化硅波导的第二段和所述第一硅波导的第一段位于所述分束器第二区，所述第一硅波导的第一段的宽度自其前端向其末端逐渐增大；

所述氮化硅波导的第三段和所述第一硅波导的第二段位于所述分束器第三区，所述第一硅波导的第二段的宽度自其前端向其末端逐渐增大；

所述氮化硅波导的第四段和所述第一硅波导的第三段位于所述分束器第四区，所述氮化硅波导的第四段的宽度自其前端向其末端逐渐减小。

3.根据权利要求2所述光模块，其特征在于，所述偏振旋转分束器沿其长度方向还分为分束器第五区、分束器第六区、分束器第七区、分束器第八区和分束器第九区，所述分束器第五区连接所述分束器第四区；

所述第一硅波导还包括依次连接的第四段、第五段、第六段、第七段和第八段；所述第二硅波导包括依次连接的第一段、第二段、第三段和第四段；所述第三硅波导包括依次连接的第一段和第二段；

所述第一硅波导的第四段位于所述分束器第五区；

所述第一硅波导的第五段和所述第二硅波导的第一段位于所述分束器第六区，所述第二硅波导的第一段的宽度自其前端向其末端逐渐增大；

所述第一硅波导的第六段和所述第二硅波导的第二段位于所述分束器第七区，所述第一硅波导的第六段的宽度自其前端向其末端逐渐增大；

所述第一硅波导的第七段、所述第二硅波导的第三段和所述第三硅波导的第一段位于所述分束器第八区，所述第二硅波导的第三段的宽度自其前端向其末端逐渐减小，所述第三硅波导的第一段的宽度自其前端向其末端逐渐增加；

所述第一硅波导的第八段、所述第二硅波导的第四段和所述第三硅波导的第二段位于所述分束器第九区。

4.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述氮化硅波导的第二段的宽度大于所述第一硅波导的第一段的宽度，所述氮化硅波导的第三段的宽度大于所述第一硅波导的第二段的宽度。

5.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述第一硅波导的第五段的宽度大于所述第二硅波导的第一段的宽度。

6.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述第二硅波导的第三段的宽度大于所述第三硅波导的第一段的宽度。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第二硅波导的厚度与所述第三硅波导的厚度相同。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一硅波导的厚度小于200nm，所述第二硅波导的厚度大于200nm，所述第三硅波导的厚度大于200nm。

9.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一硅波导与所述氮化硅波导的间距为50-500nm，所述第二硅波导和所述第三硅波导均设置在所述第一硅波导上，所述第二硅波导和所述第三硅波导的间距为50-500nm。

10.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

光源，与所述电路板电连接，用于发出不携带信号的光；

硅光芯片，设置在所述电路板上与所述电路板电连接，所述硅光芯片的输入光口设置有偏振旋转分束器，通过所述偏振旋转分束器接收所述不携带信号的光，将所述不携带信号的光调制为信号光并通过所述硅光芯片的输出光口输出所述信号光；

所述偏振旋转分束器包括：

衬底；

第一硅波导，设置在所述衬底上；

第二硅波导，设置在所述第一硅波导第一端的上方，厚度大于第一硅波导的厚度，长度方向与所述第一硅波导长度方向平行；

第三硅波导，设置在所述第一硅波导第一端的上方，厚度大于第一硅波导的厚度，长度方向与所述第一硅波导长度方向平行，所述第三硅波导与所述第二硅波导之间存在间距，间距内填充包层；

氮化硅波导，设置在所述第一硅波导第二端的上方，与所述第一硅波导之间存在间距，间距内填充包层，所述氮化硅波导长度方向与所述第一硅波导长度方向平行。

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