CN113777720A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块，包括上壳体，与下壳体结合形成腔体；光源，设置在腔体中，可发出不携带信号的光；硅光芯片，设置在腔体中，包括信号调制器，信号调制器可用于光信号的调制；信号调制器包括波导层及电极层；波导层包括弯曲的光波导；电极层位于波导层上方，包括弯曲的信号走线，光波导沿着信号走线的弯曲走向而弯曲；光波导的一部分段体，其在电极层的投影位于信号走线的一侧；光波导的另一部分段体，其在电极层的投影位于信号走线的另一侧；光波导与信号走线电连接。本申请通过弯曲型金属走线与光波导的交叉设置，实现了一种等效的对称PN结负载，有效抑制了高阶射频模式的产生，改善了信号传输质量。

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，采用硅光芯片实现光电转换功能已经成为高速光模块采用的一种主流方案。

在硅光光模块中，硅光芯片内包括硅光调制器，激光器发射的光载波信号进入硅光调制器，高速数据流以驱动电压的方式加载到光载波信号上完成对光的调制。传统的硅光调制器采用直线型金属走线设计实现高速的电光调制，常用的金属走线采用共面波导型传输线GSG结构，S为信号走线，处于中间，G为地走线，处于S信号走线两侧。光波导通过掺杂形成PN结，作为GSG金属走线的负载实现电光响应。

但是，制备成PN结的光波导通常为一根直线型光波导，因此仅能与一组GS信号走线连接，而另一路G地走线处于悬挂状态，造成了整个系统的不对称性，导致GSG金属走线产生高阶射频模式，影响信号传输质量。

发明内容

本申请提供了一种光模块，以解决目前硅光调制器中直线型金属走线信号传输质量较差的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例公开了一种光模块，包括：

上壳体，与下壳体结合形成腔体；

光源，设置在腔体中，可发出不携带信号的光；

硅光芯片，设置在腔体中，包括信号调制器，信号调制器可用于光信号的调制；

信号调制器包括波导层及电极层；

波导层，包括接收不携带信号的光的光波导；光波导包括第一直线段、第二直线段及弧形段，弧形段连接第一直线段与第二直线段；

电极层，位于波导层上方；包括第一地走线、信号走线及第二地走线；信号走线位于第一地走线与第二地走线之间；

第一地走线包括第一直走线段、第二直走线段及第一弧形走线段，第一弧形走线段连接第一直走线段与第二直走线段；

信号走线包括第三直走线段、第四直走线段及第二弧形走线段，第二弧形走线段连接第三直走线段与第四直走线段；

第二地走线包括第五直走线段、第六直走线段及第三弧形走线段，第三弧形走线段连接第五直走线段与第六直走线段；

第一直线段在电极层的投影位于第五直走线段与第三直走线段之间，第二直线段在电极层的投影位于第四直走线段与第二直走线段之间；

第三直走线段与第一直线段电连接，四直走线段与第二直线段电连接。

本申请提供的光模块中，第一直线段在电极层的投影位于第五直走线段与第三直走线段之间，使得此段的光波导位于信号走线与第二地走线之间；第二直线段在电极层的投影位于第四直走线段与第二直走线段之间，使得此段的光波导位于信号走线与第一地走线之间，在一个周期内，部分光波导偏向信号线-第二地走线，部分光波导偏向信号线-第一地走线，两者结合在一起使得一个周内第一地走线的影响与第二地走线的影响相互抵消，光波导等同于仅受信号线的电影响。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为光网络终端结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种光模块的分解结构示意图；

图5为示例性的传统直线型硅光调制器的金属走线与光波导的连接示意图；

图6为示例性的传统直线型硅光调制器的金属走线与光波导的局部连接示意图；

图7为示例性的传统直线型硅光调制器的带宽测试曲线示意图；

图8为示例性的传统直线型硅光调制器的眼图示意图；

图9为本申请实施例中硅光调制器的金属走线与光波导的连接示意图；

图10为本申请实施例中硅光调制器的金属走线与光波导的局部连接示意图；

图11为本申请实施例中金属走线与带PN结光波导的连接示意图；

图12为本申请实施例中硅光调制器的带宽测试曲线示意图；

图13为本申请实施例中硅光调制器的眼图示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

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、数据信息以及接地等；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100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。如图3、图4所示，本申请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及硅光芯片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202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201盖合在下壳体202上。

两个开口具体可以是位于光模块同一端的两端开口（204、205），也可以是在光模块不同端的两处开口；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光收发组件400；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，利用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、激光驱动芯片、限幅放大芯片、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP）等。

电路板300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；当光收发组件位于电路板上时，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组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400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的表面上。

本示例中，光源500可为激光盒，硅光芯片400与激光盒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，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光。

为了完成光的调制，硅光芯片400包括硅光调制器，硅光调制器包括分光器、第一调制臂、第二调制臂与合光器，分光器的输入端与第一光纤带401光连接，用于接收来自激光盒的光；分光器的第一输出端连接第一调制臂的一端、第二输出端连接第二调制臂的一端，分光器将接收到的光一分为二分别输送至第一调制臂和第二调制臂；第一调制臂与第二调制臂分别对输入的光进行调制，将不携带信号的光调制为信号光；第一调制臂的另一端连接合光器的第一输入端，第二调制臂的另一端连接合光器的第二输入端，合光器将第一调制臂和第二调制臂输出的信号光进行合光处理，进而完成信号加载到光上。

本示例中，硅光芯片400上设置输入光口与输出光口，输入光口用于将激光盒输出的光耦合进入硅光芯片400内部，输出光口用于将调制后的信号耦合出硅光芯片400，由此通过硅光调制器实现光的调制，实现光电响应。

图5为传统直线型硅光调制器的金属走线与光波导的连接示意图，图6为传统直线型硅光调制器的金属走线与光波导的局部连接示意图。如图5、图6所示，传统的硅光调制器采用直线型金属走线设计实现高速的电光调制，常用的金属走线采用共面波导型传输线GSG结构，S为信号走线，处于中间，G为地走线，处于S信号走线的两侧；光波导403通过掺杂形成PN结，作为GSG金属走线的负载实现电光响应。制备成PN结的光波导通常为一根直线型光波导，因此仅能与一组GS信号走线连接，而另一路G地走线处于悬挂状态，如带PN结的光波导403设置在第一地走线G1与信号走线S之间，分别与第一地走线G1、信号走线S连接，实现信号传输，而第二地走线G2处于悬挂状态，造成了整个系统的不对称性，导致GSG金属走线产生高阶射频模式，影响信号传输质量。如图7所示，在带宽测试曲线中，表现为在15GHz处存在明显损耗。如图8所示，在眼图测试中，表现为双线问题。

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种光模块，该光模块的硅光调制器中GSG金属走线与光波导均采用弯曲型设计，且光波导与GSG金属走线交叉设计，在整个器件长度范围内，可以实现一种等效的对称PN结负载，进而有效抑制高阶射频模式的产生，改善信号传输质量。

图9为本申请实施例提供的硅光调制器中金属走线与光波导的连接示意图，图10为本申请实施例提供的硅光调制器中金属走线与光波导的局部连接示意图。如图9、图10所示，硅光调制器的第一调制臂与第二调制臂均包括电极层与波导层，电极层中设置有弯曲的金属走线，电极层位于波导层上方，波导层中设置有弯曲的光波导，光波导在电极层上的投影设置在地走线与信号走线之间。

弯曲型金属走线包括一体连接的第一段金属走线404、弯曲段金属走线405与第二段金属走线406，第一段金属走线404与第二段金属走线406对称设置。

金属走线采用共面波导型传输线GSG结构，如此金属走线的第一地线G1包括一体连接的第一走线段、第二走线段及第一弧形走线段，第一弧形走线段连接第一走线段与第二走线段；信号线S包括一体连接的第三走线段、第四走线段及第二弧形走线段，第二弧形走线段连接第三走线段与第四走线段；第二地线G2包括一体连接的第五走线段、第六走线段及第三弧形走线段，第三弧形走线段连接第五走线段与第六走线段。

本示例中，第一段金属走线404与第二段金属走线406可均为直线段金属走线，且第一段金属走线404与第二段金属走线406关于弯曲段金属走线405的中心轴线对称设置。具体地，第一段金属走线404与第二段金属走线406可均与弯曲段金属走线405的中心轴线相平行，弯曲段金属走线405为半圆形金属走线。即第一段金属走线404与第二段金属走线406水平设置，一个周期内的金属走线呈U型结构。

第一段金属走线404与第二段金属走线406也可均与弯曲段金属走线405的中心轴线呈预设角度设置，弯曲段金属走线405为弧形状金属走线。即第一段金属走线404与第二段金属走线406倾斜设置，可根据光模块的实际情况选择合适的角度。

电极层位于波导层上方，电极层中的金属走线包括第一地走线、信号走线及第二地走线，信号走线位于第一地走线与第二地走线之间。

一般而言，第一地走线、信号走线及第二地走线之间相互保持一定的间距，信号走线在中间，两个地走线分别在两边，保持这种状态共同延伸。一般应用中，这种间距是相对固定的，使走线的延伸形态呈现相对均匀的状态，第一地走线的弯曲形态与第二地走线的弯曲形态相似，信号走线与地走线的弯曲形态相似。这种相似主要体现在本申请发明点相关的结构中，并不表示非发明点相关的结构也相似；这种相似排除明显存在形态差异的结构，但可以包括一些具有微小尺寸差异的结构、微小角度差异的结构、微小弧度差异的结构等。

电极层中的第一地走线、信号走线及第二地走线呈现地-信号-地（GSG）这种走线排布关系，信号走线两侧分别设置一个地走线，使用两个地走线包裹信号走线，使信号走线处于两个地走线形成的相对隔离的空间中，两个地走线对信号走线起到电磁屏蔽隔离的作用，可以保证电信号在信号走线中的传输不受干扰。

如图10所示，展示了调制臂上局部的光波导结构以及电极层结构。光波导的弯曲形态呈现多个重复的周期，单个周期内由两个直线段及一个弧形段连接形成，整体形成U型结构；两个直线段相互平行，弧形段连接两个直线段。

电极层中的弯曲的金属走线呈现多个重复的周期，单个周期内由两个直走线及一个弧形走线连接形成，整体形成U型结构；两个直走线相互平行，弧形走线连接两个直走线。在电极层中的金属走线中，包括第一地走线、信号走线及第二地走线，这三条走线的结构形态相互统一，与金属走线整体的结构形态一致，只是存在微小的尺寸、角度和弧度差异。

具体地，光波导呈现U型弯曲，光波导包括第一直线段、第二直线段及弧形段，弧形段连接第一直线段与第二直线段；第一直线段、第二直线段分别为U型的两个支臂；弧形段为U型的弧形段，具有凸起方向；

第一地走线呈现U型弯曲，第一地走线包括第一直走线段、第二直走线段及第一弧形走线段，第一弧形走线段连接第一直走线段与第二直走线段；第一直走线段与第二直走线段分别为U型的两个支臂；第一弧形走线段为U型的弧形段，具有凸起方向；

信号走线呈现U型弯曲，信号走线包括第三直走线段、第四直走线段及第二弧形走线段，第二弧形走线段连接第三直走线段与第四直走线段；第三直走线段、第四直走线段分别为U型的两个支臂；第二弧形走线段为U型的弧形段，具有凸起方向；

第二地走线呈现U型弯曲；第二地走线包括第五直走线段、第六直走线段及第三弧形走线段，第三弧形走线段连接第五直走线段与第六直走线段；第五直走线段、第六直走线段分别为U型的两个支臂；第三弧形走线段为U型的弧形段，具有凸起方向。

其中，第一直走线段、第三直走线段及第五直走线段位于第一段金属走线404区域内，第二直走线段、第四直走线段及第六直走线段位于第二段金属走线406区域内，第一弧形走线段、第二弧形走线段及第三弧形走线段位于弯曲段金属走线405区域内。

针对电极层而言，第一地走线、第二地走线及信号走线具有相同的弧形凸起方向及相同的U型开口方向，如图10所示，第一地走线呈现的U型包裹信号走线呈现的U型，信号走线的U型继续包裹第一地走线呈现的U型，三个U型结构具有统一向左的开口方向，以及统一向右的弯曲凸起方向，使得第一地走线从最上端弯曲延伸到最下端，使得信号走线从次上端弯曲延伸到次下端，而第二地走线弯曲在中间，呈现自上而下依次是第一地走线的第一直走线段501、信号走线的第三直走线段（被光波导的第一直线段遮盖）、第二地走线的第五直走线段505、第二地走线的第六直走线段506、信号走线的第四直走线段（被光波导的第二直线段遮盖）、第一地走线的第二直走线段502。

信号走线的第二弧形走线602位于第一地走线的第一弧形走线601与第二地走线的第三弧形走线603之间。

针对波导层，其中的光波导与电极层的金属走线具有相似的弯曲形态，光波导沿着信号走线的弯曲走向而弯曲，如图10所示，光波导形成的U型具有与信号走线一致的左向开口，及右向弯曲凸起。

光波导与信号走线电连接。来自光模块光源的光不携带信号，该不携带信号的光在光波导中传播，需要在电的作用下将信号调制到光中。电信号在信号走线中传输，将信号走线与光波导连接起来，使得电信号可以作用与光，从而实现将信号调制到光中，形成光信号。

光波导与信号走线处于不同的层，层与层之间设置过孔实现电连接。过孔常见与印制电路的层与层之间，实现电连接。具体为在层与层需要电连接处打通孔，在通孔的内壁上附着金属，从而实现电连接。

光波导与电极层实现电连接，光波导在电极层上的投影决定了电连接的具体结构。本申请实施例中，第一直线段在电极层的投影位于第五直走线段与第三直走线段之间，第二直线段在电极层的投影位于第四直走线段与第二直走线段之间；进而信号走线的第三直走线段与第一直线段电连接，信号走线的第四直走线段与第二直线段电连接。

U型弯曲光波导的一个支臂，其在电极层的投影位于信号走线与第二地走线之间，且与信号走线电连接；U型弯曲光波导的另一个支臂，其在电极层的投影位于信号走线与第一地走线之间，且与信号走线电连接。

在光波导的弧形段与信号走线的弧形走线段之间，不形成电连接。

第一直线段在电极层的投影位于第五直走线段与第三直走线段之间，使得此段的光波导位于信号走线与第二地走线之间；第二直线段在电极层的投影位于第四直走线段与第二直走线段之间，使得此段的光波导位于信号走线与第一地走线之间，在一个周期内，部分光波导偏向信号线-第二地走线，部分光波导偏向信号线-第一地走线，两者结合在一起使得一个周内第一地走线的影响与第二地走线的影响相互抵消，光波导等同于仅受信号线的电影响。

光波导包括不同掺杂区形成的PN结，信号走线仅与P型区域电连接或仅与N型区域电连接，信号走线与光波导之间设置过孔以实现电连接。

金属走线采用的是绝缘体上的硅衬底（SOI衬底），首先在衬底上刻蚀出光波导结构，并做相应的掺杂，形成P-N结构；淀积一层SiO₂形成光波导的上限制层，并且作为正负极的隔离层；其次刻蚀引线孔，提供金属与PN结光波导电学连接的通路；最后沉积一层金属层，填充引线孔的同时覆盖芯片上表面，并根据设计的GSG金属电极图案刻蚀最终形成金属走线结构。

金属走线的顶层金属采用GSG的形式，顶层金属通过通孔与PN结相连，即通孔内部也是填充的金属，通孔金属的上表面与GSG金属电极图层相接触，通孔金属的下表面与PN结光波导相接触，因此整个信号传递过程为，GSG射频信号通过金属通孔与PN结光波导相连接，其连接属性为电阻连接。

图11为本申请实施例提供的硅光调制器中金属走线与光波导的电连接示意图。如图11所示，PN结是由一个N型掺杂区和一个P型掺杂区紧密接触所构成的，即在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，而P型半导体与N型半导体的交界面附近的区域为PN结。

PN结一般包括中心波导区、P型半导体与N型半导体，P型半导体或N型半导体与金属走线的信号走线或地走线连接，作为GSG金属走线的负载。具体地，第一直线段PN结光波导408的P型半导体与信号走线S电连接、N型半导体与第一地走线G1电连接，第二直线段PN结光波导409的P型半导体与信号走线S电连接、N型半导体与第二地走线G2电连接；或者，第一直线段PN结光波导408的P型半导体与第一地走线G1电连接、N型半导体与信号走线S电连接，第二直线段PN结光波导409的P型半导体与第二地走线G2电连接、N型半导体与信号走线S电连接。也就是说，金属走线的信号走线S分别与第一直线段PN结光波导408的P型半导体、第二直线段PN结光波导409的P型半导体电连接，或金属走线的信号走线S分别与第一直线段PN结光波导408的N型半导体、第二直线段PN结光波导409的N型半导体电连接。如此，两段制备成PN结的光波导与GSG金属走线交叉设置，可以实现一种等效的对称PN结负载，进而可有效抑制高阶射频模式的产生，改善信号传输质量。

在P型半导体和N型半导体结合后，由于N型区内自由电子为多子，空穴几乎为零称为少子，而P型区内空穴为多子，自由电子为少子，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差。由于自由电子和空穴浓度差的原因，有一些电子从N型区向P型区扩散，也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。它们扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下来带负电的杂质离子，N区一边失去电子，留下来带正电的杂质离子。开路中半导体中的离子不能任意移动，因此不参与导电。这些不能移动的带电粒子在P区和N区交界面附近，形成了一个空间电荷区，空间电荷区的薄厚和掺杂物浓度有关。

在空间电荷区形成后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区形成了内电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。显然，这个电场的方向与载流子扩散运动的方向相反，阻止扩散。

另一方面，这个电场将使N区的少数载流子空穴向P区漂移，使P区的少数载流子电子向N区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴，从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子，这就使空间电荷减少，内电场减弱。因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，扩散运动加强。

最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。

第一直线段PN结光波导408的PN结分别与第一地走线G1、信号走线S电连接，第二直线段PN结光波导409的PN结分别与信号走线S、第二地走线G2电连接，如此PN结两端的电压改变会引起PN结的耗尽区宽度的改变，而PN结的耗尽区宽度的改变可以引起光波导的折射率分布改变，光波导的折射率分布改变可以引起其中电磁波的模场改变，进而导致传播的电磁波发生改变，从而实现了硅光调制器的电光调制的功能。

本示例中，第一直线段PN结光波导408与第二直线段PN结光波导409的长度相同，即第一直线段PN结光波导408在U型一支臂上的长度，与第二直线段PN结光波导409在U型另一支臂上的长度相同，以保证第一直线段PN结光波导408与第二直线段PN结光波导409对称设置。

另外，第一直线段PN结光波导408与第二直线段PN结光波导409中PN结数量相同，使得第一直线段PN结光波导408中的PN结与第二直线段PN结光波导409中的PN结形成一对对称的PN结，不会出现单个PN结，如此进一步保证了金属走线与光波导形成等效的对称PN结负载。

本示例中，硅光调制器的调制臂可只包括一个弯曲周期的金属走线；其也可以构成一个周期重复的金属走线，硅光调制器的调制臂包括多个周期的金属走线，即金属走线呈周期性弯曲设置。单个周期内呈U型，多个周期内，相邻周期共用一个U型支臂，形成S型周期循环。

光波导设置在金属走线的地走线与信号走线之间，因此光波导也可只包括第一直线段PN结光波导408、弯曲段光波导407与第二直线段PN结光波导409；其也可以由第一直线段PN结光波导408、弯曲段光波导407与第二直线段PN结光波导409构成一个周期的光波导，硅光调制器的调制臂包括多个周期的光波导，以在整个器件长度范围内实现一种等效的对称PN结负载。

当硅光调制器包括周期性弯曲设置的光波导时，第一直线段PN结光波导408的两端分别与弯曲段光波导407连接，第二直线段PN结光波导409的两端分别与弯曲段光波导407连接，且调制臂的光波导包括至少一个周期的弯曲设置的光波导。

本示例中，由于硅光调制器的第一调制臂与第二调制臂对称设置，因此第一调制臂与第二调制臂的金属走线也对称设置，且第一调制臂的输入端与第二调制臂的输入端共用一个第二地走线G2，第一调制臂的输出端与第二调制臂的输出端共用一个第二地走线G2，如此在整个硅光调制器长度范围内，可以实现一种等效的对称PN结负载，进而有效抑制高阶射频模式的产生，改善信号传输质量。

通过弯曲型GSG金属走线与弯曲型光波导的设计，且周期内光波导与GSG金属走线交叉设置，在一个周期内，制备成PN结的光波导既可与一组第一地走线G1、信号走线S连接，也可与一组信号走线S连接、第二地走线G2连接，不会造成一路G地走线处于悬挂状态，实现了一种等效的对称PN结负载，有效抑制了高阶射频模式的产生，改善了信号传输质量。如图12所示，从带宽测试曲线可以看出，15GHz处的损耗被明显抑制，带宽曲线非常平滑；如图13所示，在眼图测试中，双线问题得到解决，眼图质量良好。

本示例中，硅光调制器中弯曲设置的金属走线与光波导不仅可改善信号传输质量，还可缩小硅光调制器的整体长度。如硅光调制器采用直线型金属走线时，有效长度为2mm；而硅光调制器采用弯曲型金属走线时，有效长度达到2.8mm时，硅光调制器整体长度比直线型金属走线的整体长度缩小近1mm，从而可减小硅光调制器的整体体积大小。

硅光调制器采用弯曲型金属走线时，硅光调制器内各器件结构紧凑，该类超紧凑型硅光调制器非常适合需要超小型封装的应用场景，例如单通道25G Tunable TOSA产品，有利于光模块的小型化。

本申请实施例提供的光模块包括电路板、光源与硅光芯片，硅光芯片包括硅光调制器，硅光调制器包括对称设置的第一调制臂与第二调制臂，第一调制臂与第二调制臂均包括弯曲设置的金属走线与弯曲设置的光波导，光波导设置在金属走线的地走线与信号走线之间；金属走线采用共面波导结构，包括一体连接的第一段金属走线、弯曲段金属走线与第二段金属走线，第一段金属走线与第二段金属走线对称设置；光波导包括第一段PN结光波导、弯曲段光波导与第二段PN结光波导，第一段PN结光波导设置在第一段金属走线的第一地走线、信号走线之间，第一段PN结光波导的PN结分别与第一地走线、信号走线电连接，第二段PN结光波导设置在第二段金属走线的信号走线、第二地走线之间，第二段PN结光波导的PN结分别与信号走线、第二地走线电连接，且金属走线的信号走线分别与第一段PN结光波导的P型半导体、第二段PN结光波导的P型半导体电连接，或金属走线的信号走线分别与第一段PN结光波导的N型半导体、第二段PN结光波导的N型半导体电连接。如此制备成PN结的光波导既可与金属走线的第一地走线、信号走线连接，也可与金属走线的第二地走线、信号走线连接，在整个器件长度范围内，实现一种等效的对称PN结负载，有效抑制了高阶射频模式的产生，改善了信号传输质量。另外，弯曲型设置的金属走线可减小硅光调制器的体积大小，非常适合需要超小型封装的光模块。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括

上壳体，与下壳体结合形成腔体；

光源，设置在所述腔体中，可发出不携带信号的光；

硅光芯片，设置在所述腔体中，包括信号调制器，所述信号调制器可用于光信号的调制；

所述信号调制器包括波导层及电极层；

所述波导层，包括接收不携带信号的光的光波导；所述光波导包括第一直线段、第二直线段及弧形段，所述弧形段连接所述第一直线段与所述第二直线段；

所述电极层，位于所述波导层上方；包括第一地走线、信号走线及第二地走线；所述信号走线位于所述第一地走线与所述第二地走线之间；

所述第一地走线包括第一直走线段、第二直走线段及第一弧形走线段，所述第一弧形走线段连接所述第一直走线段与所述第二直走线段；

所述信号走线包括第三直走线段、第四直走线段及第二弧形走线段，所述第二弧形走线段连接所述第三直走线段与所述第四直走线段；

所述第二地走线包括第五直走线段、第六直走线段及第三弧形走线段，所述第三弧形走线段连接所述第五直走线段与所述第六直走线段；

所述第一直线段在所述电极层的投影位于所述第五直走线段与所述第三直走线段之间，所述第二直线段在所述电极层的投影位于所述第四直走线段与所述第二直走线段之间；

所述第三直走线段与所述第一直线段电连接，所述四直走线段与所述第二直线段电连接。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光波导包括不同掺杂区形成的PN结，所述信号走线仅与所述P型区域电连接或仅与所述N型区域电连接；

所述信号走线与所述光波导之间设置过孔以实现电连接。

3.如权利要求1或2任一所述的光模块，其特征在于，所述信号调制器包括第一调制臂、第二调制臂及两个互为差分的信号走线，所述第一调制臂上包括所述波导层及所述电极层，其中一个信号走线位于所述电极层。

4.一种光模块，其特征在于，包括

上壳体，与下壳体结合形成腔体；

光源，设置在所述腔体中，可发出不携带信号的光；

硅光芯片，设置在所述腔体中，包括信号调制器，所述信号调制器可用于光信号的调制；

所述信号调制器包括波导层及电极层；

所述波导层包括U型弯曲的光波导；

所述电极层，位于所述波导层上方，包括U型弯曲的第一地走线、U型弯曲的信号走线及U型弯曲的第二地走线；所述信号走线的两侧分别为第一地走线及第二地走线；

所述U型弯曲光波导的弧形段、所述U型弯曲第一地走线的第一弧形走线段、所述U型弯曲信号走线的第二弧形走线段、所述U型弯曲第二地走线的第三弧形走线段，朝向同一侧凸起；

所述U型弯曲光波导的一个支臂，其在所述电极层的投影位于所述信号走线与所述第二地走线之间，且与所述信号走线电连接；所述U型弯曲光波导的另一个支臂，其在所述电极层的投影位于所述信号走线与所述第一地走线之间，且与所述信号走线电连接。

5.如权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述光波导包括不同掺杂区形成的PN结，所述信号走线仅与所述P型区域电连接或仅与所述N型区域电连接，所述信号走线与所述光波导之间设置过孔以实现电连接。

6.如权利要求4或5任一所述的光模块，其特征在于，所述信号调制器包括第一调制臂、第二调制臂及两个互为差分的信号走线，所述第一调制臂上包括所述波导层及所述电极层，其中一个信号走线位于所述电极层。

7.一种光模块，其特征在于，包括

上壳体，与下壳体结合形成腔体；

光源，设置在所述腔体中，可发出不携带信号的光；

硅光芯片，设置在所述腔体中，包括信号调制器，所述信号调制器可用于光信号的调制；

所述信号调制器包括波导层及电极层；

所述波导层包括弯曲的光波导；

所述电极层位于所述波导层上方，包括弯曲的信号走线，所述光波导沿着所述信号走线的弯曲走向而弯曲；所述光波导的一部分段体，其在所述电极层的投影位于所述信号走线的一侧；所述光波导的另一部分段体，其在所述电极层的投影位于所述信号走线的另一侧；

所述光波导与所述信号走线电连接。

8.如权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述弯曲的光波导包括直线段体，所述弯曲的信号走线包括直走线段，所述直线段体在所述电极层的投影区域位于所述直走线段的一侧。

9.如权利要求7或8所述的光模块，其特征在于，所述光波导包括不同掺杂区形成的PN结，所述信号走线仅与所述P型区域电连接或仅与所述N型区域电连接，所述信号走线与所述光波导之间设置过孔以实现电连接。

10.如权利要求9所述的光模块，其特征在于，所述信号调制器包括第一调制臂、第二调制臂及两个互为差分的信号走线，所述第一调制臂上包括所述波导层及所述电极层，其中一个信号走线位于所述电极层。

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