CN114826409A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块，包括电路板及与电路板电连接的硅光芯片，硅光芯片接收电路板上半导体增益芯片发射的多个不同波长的光束并对光束进行滤波谐振和电光调制；硅光芯片包括输入/出耦合器、光波导、多个滤波器、多个加热器、反射器与高速调制器，输入耦合器接收半导体增益芯片发射的光束；多个滤波器用于对接收的多个光束进行波长筛选；反射器用于对波长筛选后的光束进行部分反射部分透射；多个加热器分别设置于光波导与滤波器上，用于改变光波导及滤波器的折射率；高速调制器用于将电信号加载至反射器输出的光束上；输出耦合器用于将高速调制器输出的信号光耦合至光纤。本申请基于硅光子集成平台实现了超宽波长调谐范围与电光高速调制。

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

随着云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式发展，光通信技术的发展进步变的愈加重要。而在光通信技术中，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，并且随着光通信技术发展的需求光模块的传输速率不断提高。

在5G前传应用中，高速波长可调光模块是系统重要元件之一，其中高速波长可调芯片作为模块核心决定了系统链路的性能和通信容量。目前基于传统InP基的高速可调激光器芯片虽然能够实现25G的调制速率，但波长调谐范围一般只有12nm左右，同时芯片的出光功率收到制约，使得模块出光功率很难高于1mW，导致系统链路性能下降，并且难以支持下一代高容量的传输网络。

针对此问题，在目前的同行中，可以通过采样取样光栅结构或多个可调激光器互联集成的方式来提高波长调谐范围，但这种基于InP基的宽调谐范围的激光器芯片制作工艺较复杂，成本很高，不适于对成本极敏感的5G应用中。

发明内容

本申请提供了一种光模块，以解决目前光模块中高速可调激光器波长调谐范围小、调制速度低的问题。

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：

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板，其上设置有半导体增益芯片；

硅光芯片，与所述电路板电连接，用于接收所述半导体增益芯片发射的多个不同波长的光束并对所述光束进行滤波谐振和电光调制；

其中，所述硅光芯片包括：

输入耦合器，用于接收所述半导体增益芯片发射的多个不同波长的光束；

光波导，与所述输入耦合器连接，用于传输所述输入耦合器接收的多个光束；

多个滤波器，通过所述光波导与所述输入耦合器连接，用于分别对多个所述光束进行波长筛选；

反射器，通过所述光波导与所述滤波器连接，并与所述半导体增益芯片、所述输入耦合器、多个所述滤波器构成激光器谐振腔；用于对波长筛选后的光束进行部分反射部分透射；

多个加热器，其一设置于所述光波导上，用于通过热效应改变所述激光器谐振腔的光波相位，以对所述光束的波长进行精细调节；其余分别设置于所述滤波器上，用于通过热效应改变所述滤波器的折射率，以对透过所述滤波器的波长进行粗调；

高速调制器，设置于所述反射器的输出光路上，用于将电信号加载至所述反射器输出的光束上，输出信号光；

输出耦合器，用于将所述信号光耦合至光纤。

本申请提供的光模块包括电路板与硅光芯片，电路板上设置有半导体增益芯片，硅光芯片与电路板电连接，用于接收半导体增益芯片发射的多个不同波长的光束并对光束进行滤波谐振和电光调制；其中，硅光芯片包括输入耦合器、光波导、多个滤波器、多个加热器、反射器、高速调制器及输出耦合器，输入耦合器用于接收半导体增益芯片发射的多个不同波长的光束；多个滤波器通过光波导与输入耦合器连接，用于分别对多个光束进行波长筛选；反射器通过光波导与滤波器连接，并与半导体增益芯片、输入耦合器、多个滤波器构成激光器谐振腔，用于对波长筛选后的光束进行部分反射部分透射，用于实现稳定、单一波长输出；一个加热器设置于光波导上，用于通过热效应改变激光器谐振腔的光波相位，以对光束的波长进行精细调节；其余加热器分别设置于滤波器上，用于通过热效应改变滤波器的折射率，以对透过滤波器的波长进行粗调；高速调制器设置于反射器的输出光路上，用于将电信号加载至反射器输出的光束上，输出信号光；输出耦合器，用于将高速调制器输出的信号光耦合至光纤。本申请将输入耦合器、光波导、多个滤波器、多个加热器、反射器、高速调制器与输出耦合器等集成于硅光子集成平台上，可以实现高集成度和极低芯片成本，且通过多个滤波器及集成于滤波器上的加热器分别对耦合至硅光芯片的多个不同波长的光束进行波长筛选，得到同时满足多个滤波器筛选范围的光束波长，实现超宽波长调谐范围；通过光波导及集成于光波导上的加热器改变激光器谐振腔的光波相位，以对光束的波长进行精细调节；通过高速调制器实现电光高速调制，如此可解决目前光模块中半导体增益芯片波长调谐范围小、调制速度低的问题。

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示意图；

图5为目前取样光栅结构的波长调谐机构示意图；

图6为目前多个可调激光器互联集成的波长调谐机构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片的另一结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片的第三种结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片、半导体增益芯片与光纤的耦合封装示意图。

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第一凸台部。

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的光模块的分解示意图。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与硅光芯片400。

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硅光芯片400；电路板300、硅光芯片400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203的末端可以在使解锁部件203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203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203，解锁部件203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用于提供信号电连接的信号电路，信号电路可以提供信号。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。

在5G前传应用中，高速波长可调光模块是系统重要元件之一，其中高速波长可调芯片作为模块核心决定了系统链路的性能和通信容量。当前基于传统InP基的高速可调激光器芯片虽然能够实现25G的调制速率，但波长调谐范围一般只有12nm左右，同时芯片的出光功率受到制约，使得模块出光功率很难高于1mW，导致系统链路性能下降，并且难以支持下一代高容量的传输网络。

图5为目前光模块中采用取样光栅结构的波长调谐机构示意图，图6为目前光模块中采用多个可调激光器互联集成的波长调谐机构示意图。如图5、图6所示，针对此问题，在目前的同行中，可以通过采用取样光栅结构或多个可调激光器互联集成的方式来提高波长调谐范围，但这种基于InP基的宽调谐范围的激光器芯片制作工艺较复杂，成本很高，不适于对成本极敏感的5G应用中。

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种光模块，该光模块基于硅光子集成平台，将滤波器、高速调制器等光电器件集成于硅光子集成芯片上，通过集成滤波器实现超宽波长调谐范围，同时集成高速调制器实现电光高速调制功能，由此实现高集成度和极低芯片成本。

图7为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片400的结构示意图。如图7所示，硅光芯片400与电路板300电连接，用于接收电路板300上半导体增益芯片发射的多个不同波长的光束，并对光束进行超宽波长调谐和电光调制，从而输出信号光至光纤101内，以实现信号光的发射。在本申请实施例中，半导体增益芯片可发射1500nm～1600nm的多个光束。

硅光芯片400包括输入耦合器401、光波导、多个加热器403、多个滤波器、反射器409、高速调制器411与输出耦合器412，输入耦合器401、多个滤波器、反射器409、高速调制器411与输出耦合器412通过光波导连接，如此半导体增益芯片输出的多个不同波长的光束耦合输入耦合器401内，经由光波导将多个光束依次耦合至多个滤波器内进行波长筛选，再经由光波导将波长筛选后的光束耦合至反射器409，再经由光波导将透过反射器的光束耦合至高速调制器411进行电光调制，再经由光波导将信号光耦合至输出耦合器412，最后经输出耦合器将信号光传输至光纤101中。

具体地，输入耦合器401设置于硅光芯片400的一侧端面处，用于接收电路板300上半导体增益芯片发射的多个不同波长的光束；光波导与输入耦合器401连接，用于在硅光芯片400内传输接收的多个光束；多个滤波器通过光波导与输入耦合器401连接，用于对输入耦合器401输入的多个光束进行波长筛选，以实现超宽波长的调谐；多个加热器403分别设置于光波导与滤波器上，可通过热效应改变光波导的折射率，改变光波导内的光波长，从而实现波长的精细调节；通过在每个滤波器上方集成加热器403，通过热效应改变材料折射率，从而改变光波长，实现超宽波长调谐；反射器409设置于滤波器的光路末端，用于对波长筛选后的光束进行部分反射部分透射，从而将半导体增益芯片、输入耦合器401、光波导、加热器403、滤波器与反射器409构成激光器谐振腔，实现稳定、单一波长输出；高速调制器411设置于反射器409的输出光路上，用于将电信号加载至反射器输出的光束上，从而实现电光高速调制；输出耦合器412设置于硅光芯片400的一侧端面处，且输出耦合器412与输入耦合器401可位于同一侧，用于将高速调制器411输出的信号光耦合至光纤101中，实现信号光的发射。

在本申请实施例中，输入耦合器401采用倾斜波导设计，即输入耦合器401的波导与硅光芯片400的端面成一定角度设置，如此半导体增益芯片发射的光束由右下方射入输入耦合器401时，部分光束可能会在硅光芯片400的端面发生反射，反射后的光束会由右上方射出，而不会原路返回半导体增益芯片内，从而降低了硅光芯片端面光反射对半导体增益芯片的影响。

输出耦合器412采用直波导设计，即输出耦合器412的波导与硅光芯片400的端面相垂直，如此输出耦合器412输出的信号光垂直射出硅光芯片端面，方便后端光路耦合和降低光组件封装尺寸。

在本申请实施例中，硅光芯片400包括第一滤波器407与第二滤波器408，第一滤波器407与第二滤波器408通过光波导连接，以通过光波导将第一滤波器407输出的光束耦合至第二滤波器408内，以对光波导传输的光束进行二次波长筛选。第一滤波器407与第二滤波器408的波长调谐范围不同，即第一滤波器407与第二滤波器408可透过不同范围的波长。第一滤波器407的输入端通过光波导与输入耦合器401连接，用于对输入耦合器401输入的光束进行一次波长筛选；第二滤波器408设置于反射器409的输出端，用于对第一滤波器407筛选后的光束进行二次波长筛选，从而进一步筛选光束波长。

光波导包括第一光波导402、第二光波导414、第三光波导415、第四光波导416与第五光波导417，第一光波导402的一端与输入耦合器401连接、另一端与第一滤波器407的输入端连接，以通过第一光波导402将输入耦合器401接收的多个光束耦合至第一滤波器407内；第二光波导414的一端与第一滤波器407的输出端连接、另一端与第二滤波器408的输入端连接，以通过第二光波导414将第一滤波器407输出的光束耦合至第二滤波器408内；第三光波导415的一端与第二滤波器408的输出端连接、另一端与反射器409的输入端连接，以通过第三光波导415将第二滤波器408输出的光束耦合至反射器409内；第四光波导416的一端与反射器409输出端连接、另一端与高速调制器411的输入端连接，以通过第四光波导416将反射器409输出的光束耦合至高速调制器411内；第五光波导417的一端与高速调制器411的输出端连接、另一端与输出耦合器412连接，以通过第五光波导417将高速调制器411输出的光束耦合至输出耦合器412内。

硅光芯片400包括至少三个加热器403，第一加热器403设置于第一光波导402上，用于通过热效应改变光波导折射率，从而改变激光器谐振腔光波相位，实现波长精细调节；第二加热器集成于第一滤波器407上方，第三加热器集成于第二滤波器408上方，通过热效应改变材料折射率，从而改变第一滤波器407与第二滤波器408的波长筛选特性，以分别改变能够透过第一滤波器407与第二滤波器408的波长，实现超宽波长调谐。

高速调制器411设置于反射器409之后，作用为将电信号加载至反射器409输出的光束上，从而实现电光高速调制，其调制速度按照应用可以为10G/25G/50G等。为了降低整体集成芯片尺寸，提高集成度，该高速调制器411可以采用弯曲波导设计，实现极小器件尺寸。

在本申请实施例中，硅光芯片400还包括第一监控探测器404与第二监控探测器410，第一监控探测器404通过第六光波导418与第一滤波器407的输入端连接，用于监测半导体增益芯片的发射功率，以便于输入耦合器401与半导体增益芯片实现光耦合；第二监控探测器410通过光波导与反射器409的输出端连接，用于监控反射器409的输出光功率。本申请通过多个监控探测器监控半导体增益芯片输出光功率值大小，并且通过外部电路反馈可实现光功率稳定在特定范围内。

硅光芯片400还包括四个减反射器405，第一减反射器设置于第六光波导418的一侧，并与第一监控探测器404连接，第二减反射器通过第七光波导419与第一滤波器407的输出端连接，第三减反射器通过第八光波导420与第二滤波器408的输入端连接，第四减反射器通过第九光波导421与第二滤波器408的输出端连接；用于消除光反射对激光器谐振腔的影响。具体地，电路板300上的半导体增益芯片、输入耦合器401、第一光波导402、加热器403、第一滤波器407、第二光波导414、第二滤波器408、第三光波导415与反射器409构成激光器谐振腔，半导体增益芯片发出的光束在输入耦合器401、第一光波导402、加热器403、第一滤波器407、第二光波导414、第二滤波器408、第三光波导415与反射器409之间反复反射，并通过减反射器405消除光反射对激光器谐振腔的影响，直至光束满足超宽波长调谐范围。

硅光芯片400上设置有输入耦合器401、第一光波导402、加热器403、第一监控探测器404、减反射器405、第一滤波器407、、第二光波导414、第二滤波器408、第三光波导415、反射器409、第二监控探测器410、高速调制器411与输出耦合器412，各光学器件之间间隔较小，如此各光学器件之间产生的热量容易产生热串扰，因此硅光芯片400上设置有多个隔热槽406，隔热槽406设置在各光学器件之间，用于减小各个光学器件之间热串扰，提高芯片性能稳定性。在本申请实施例中，隔热槽406通过刻蚀硅光集成芯片形成。

图8为本申请实施例提供的光模块中硅光芯片400的另一结构示意图。如图8所示，为了进一步增加硅光芯片400的稳定性，本申请实施例提供的硅光芯片400还包括增透玻璃块500，该增透玻璃块500设置于输出耦合器412的输出端面上，用于降低输出耦合器412端面的光反射。增透玻璃块500光路的两侧均镀有增透膜，降低玻璃块的反射率，如此输出耦合器412输出的信号光通过增透玻璃块500耦合至光纤101时，信号光能够大部分透过增透玻璃块500，只有少部分在增透玻璃块500朝向输出耦合器412的侧面上发生反射，以将信号光尽可能多地透过增透玻璃块500耦合至光纤101中。

在本申请实施例中，增透玻璃块500与输出耦合器412之间施加有折射率匹配液，通过折射率匹配液可几乎消除与玻璃-空气分界面相关的反射损失。

电路板上半导体增益芯片发射的光束通过输入耦合器401射入硅光芯片400内，输入耦合器401输出光束通过光波导进行传输，光波导上集成的加热器403通过热效应改变光波导的折射率，从而改变激光器谐振腔的光波相位，实现波长精细调节；通过光波导将光束传输至第一滤波器407与第二滤波器408处，通过两个滤波器对多个光束进行两次波长筛选；波长筛选后的光束在反射器409处进行部分反射部分透射，反射后的光束在激光器谐振腔内多次反射、筛选，直至满足激光器谐振腔的波长调谐范围；通过高速调制器411将电信号加载至反射器409透射的光束上，实现电光高速调制；调制后的信号光束经由输出耦合器412、增透玻璃块500耦合至光纤101中，实现了信号光的发射；并在硅光芯片400内集成第一监控探测器404与第二监控探测器410，来监控半导体增益芯片输出光功率值大小，通过外部电路反馈实现了光功率稳定在特定范围内。本申请基于硅光子集成平台，将输入耦合器401、光波导、加热器403、滤波器、反射器409、高速调制器411、输出耦合器412等光学器件集成在硅光子芯片内，通过集成滤波器实现了超宽波长调谐范围，同时集成弯曲波导调制器实现了电光高速调制功能，解决了高速可调激光器波长调谐范围小、发射功率低和调制速度低的问题。

图9为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片400的第三种结构示意图。如图9所示，为了能够精确的监控硅光芯片400的工作温度，从而实现稳定波长输出，本申请实施例提供的硅光芯片400还包括多个温度传感器413，该多个温度传感器413分别设置于硅光芯片400内各光学器件之间，用于精确监控硅光芯片400的工作温度。即通过单个或多个温度传感器413的不同位置分布，精确控制每个波长工作的温度状态，实现精确波长输出。

在本申请实施例中，硅光芯片400内可集成三个温度传感器413，一个温度传感器413可设置于输入耦合器401附近，用于监控硅光芯片400内输入耦合器401附近第一光波导402、加热器403的温度，以精确控制第一光波导402的波长精细调节；另一个温度传感器413可设置于第一滤波器407附近，第三个温度传感器413可设置于第二滤波器408附近，用于监控硅光芯片400内第一滤波器407、第二滤波器408上加热器403的温度，以控制滤波器的波长调谐功能。

在硅光芯片400内集成多个温度传感器413，通过多个温度传感器413的不同位置分布，精确控制每个波长工作的温度状态，实现精确波长输出。本申请基于硅光子集成平台，将输入耦合器401、第一光波导402、加热器403、第一滤波器407、第二光波导414、第二滤波器408、第三光波导415、反射器409、第四光波导416、高速调制器411、第五光波导417、输出耦合器412、第一监控探测器404、第二监控探测器410、温度传感器413等光学器件集成在硅光子芯片内，通过集成滤波器实现了超宽波长调谐范围，同时集成弯曲波导调制器实现了电光高速调制功能，通过第一监控探测器404、第二监控探测器410实现了半导体增益芯片输出光功率值大小，通过外部电路反馈实现了光功率稳定在特定范围内，解决了高速可调激光器波长调谐范围小、发射功率低和调制速度低的问题。

图10为本申请实施例提供的一种光模块中硅光芯片400、半导体增益芯片310与光纤101的耦合封装示意图。如图10所示，本申请实施例提供的半导体增益芯片310设置于电路板300上，半导体增益芯片310与输入耦合器401耦合封装，即半导体增益芯片310与硅光芯片400采用端面直接耦合方式进行封装，半导体增益芯片310与输入耦合器401、光波导、加热器403、滤波器与反射器409构成激光器谐振腔，半导体增益芯片射出的光束经由半导体增益芯片310进行波长增益，增益后的波长在激光器谐振腔内进行波长调谐、筛选及反射，满足超宽波长调谐的范围后由反射器409透射而出，实现了波长可调输出。

本申请实施例提供的光模块还包括第一透镜610、隔离器620与第二透镜630，第一透镜610、隔离器620与第二透镜630依次设置于输出耦合器412的输出光路上。经由反射器409透射出的波长通过高速调制器411进行调制，实现电光信号转换功能，调制后的信号光传输至输出耦合器412，通过输出耦合器412输出至第一透镜610，通过第一透镜610将输出耦合器412输出的信号光束转换为准直光束；第二透镜630设置于第一透镜610与光纤101之间，用于将准直光束汇聚耦合至光纤101中，实现信号光的发射；隔离器620设置于第一透镜610与第二透镜630之间，用于在信号光在光纤101的端面发生反射时，反射光束被隔离器620吸收、反射，避免了反射光束传输至输出耦合器412、高速调制器411内，影响高速调制器411的电光高速调制。

在本申请实施例中，硅光芯片400与光纤101采用透镜有源耦合方式进行封装，实现了将高速调制的波长可调光信号耦合到光纤中。为了控制波长稳定性，可以将整体封装组件放在同一半导体制冷器上，对工作温度进行控制。

本申请实施例提供的光模块包括电路板与硅光芯片，电路板上设置有半导体增益芯片，硅光芯片与电路板电连接，用于接收半导体增益芯片发射的多个不同波长的光束并对光束进行滤波谐振和电光调制；其中，硅光芯片包括输入耦合器、光波导、多个滤波器、多个加热器、反射器、高速调制器及输出耦合器，半导体增益芯片发射的多个光束通过输入耦合器射入硅光芯片内，输入耦合器输出的光束通过第一光波导耦合至第一滤波器，第一滤波器输出的光束通过第二光波导耦合至第二滤波器，第二滤波器输出的光束通过第三光波导耦合至反射器，反射器透过的光束通过第四光波导耦合至高速调制器，高速调制器输出的光信号通过第五光波导耦合至输出耦合器，调制后的光信号束经由输出耦合器耦合至光纤中，实现了信号光的发射；第一光波导上集成的加热器通过热效应改变光波导的折射率，从而改变激光器谐振腔光波相位，实现波长精细调节；通过多个滤波器及集成于滤波器上的加热器分别对耦合至硅光芯片的多个不同波长的光束进行波长筛选，得到同时满足多个滤波器筛选范围的光束波长，实现超宽波长调谐范围；在硅光芯片内集成多个监控探测器来监控半导体增益芯片输出光功率值大小，通过外部电路反馈实现了光功率稳定在特定范围内；在硅光芯片内集成多个减反射器，通过减反射器来消除光反射对激光器谐振腔的影响；在硅光芯片内集成多个温度传感器，通过多个温度传感器的不同位置分布，精确控制每个波长工作的温度状态，实现精确波长输出。

本申请基于硅光子集成平台，将输入耦合器、光波导、加热器、滤波器、反射器、高速调制器、输出耦合器、监控探测器、温度传感器等光学器件集成在硅光子芯片内，通过集成滤波器实现了超宽波长调谐范围，同时集成弯曲波导调制器实现了电光高速调制功能，解决了高速可调激光器波长调谐范围小、发射功率低和调制速度低的问题。

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，并不排除在包括所述要素的电路结构、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。

以上所述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：

电路板，其上设置有半导体增益芯片；

硅光芯片，与所述电路板电连接，用于接收所述半导体增益芯片发射的多个不同波长的光束并对所述光束进行滤波谐振和电光调制；

其中，所述硅光芯片包括：

输入耦合器，用于接收所述半导体增益芯片发射的多个不同波长的光束；

光波导，与所述输入耦合器连接，用于传输所述输入耦合器接收的多个光束；

多个滤波器，通过所述光波导与所述输入耦合器连接，用于分别对多个所述光束进行波长筛选；

反射器，通过所述光波导与所述滤波器连接，并与所述半导体增益芯片、所述输入耦合器、多个所述滤波器构成激光器谐振腔；用于对波长筛选后的光束进行部分反射部分透射；

多个加热器，其一设置于所述光波导上，用于通过热效应改变所述激光器谐振腔的光波相位，以对所述光束的波长进行精细调节；其余分别设置于所述滤波器上，用于通过热效应改变所述滤波器的折射率，以对透过所述滤波器的波长进行粗调；

高速调制器，设置于所述反射器的输出光路上，用于将电信号加载至所述反射器输出的光束上，输出信号光；

输出耦合器，用于将所述信号光耦合至光纤。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述滤波器包括第一滤波器与第二滤波器，所述光波导包括第一光波导、第二光波导、第三光波导、第四光波导与第五光波导，所述第一光波导的两端分别与所述输入耦合器、所述第一滤波器的输入端连接，所述第二光波导的两端分别与所述第一滤波器的输出端、所述第二滤波器的输入端连接，所述第三光波导的两端分别与所述第二滤波器的输出端、所述反射器的输入端连接，所述第四光波导的两端分别与所述反射器的输出端、所述高速调制器的输入端连接，所述第五光波导的两端分别与所述高速调制器的输出端、所述输出耦合器连接。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，一个所述加热器设置于所述第一光波导上。

4.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述硅光芯片还包括第一监控探测器与第二监控探测器，所述第一监控探测器通过第六光波导与所述第一滤波器的输入端连接，用于监测所述半导体增益芯片的发射光功率；所述第二监控探测器通过光波导与所述反射器的输出端连接，用于监控所述反射器的输出光功率。

5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述硅光芯片还包括四个减反射器，第一减反射器设置于所述第六光波导的一侧，第二减反射器通过第七光波导与所述第一滤波器的输出端连接，第三减反射器通过第八光波导与所述第二滤波器的输入端连接，第四减反射器通过第九光波导与所述第二滤波器的输出端连接；用于消除光反射对所述激光器谐振腔的影响。

6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述硅光芯片上还设置有隔热槽，所述隔热槽设置于所述光波导、所述滤波器、所述加热器、所述反射器与所述高速调制器的周围，用于减小所述光波导、所述滤波器、所述加热器、所述反射器与所述高速调制器之间的热串扰。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述硅光芯片还包括多个温度传感器，所述温度传感器分别设置于所述光波导、所述滤波器、所述加热器、所述反射器与所述高速调制器的周围，用于精确监控所述硅光芯片的工作温度，以实现精确波长输出。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，还包括增透玻璃块，所述增透玻璃块设置于所述输出耦合器的输出端面上，用于降低所述输出耦合器端面的光反射。

9.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述输入耦合器的波导与所述硅光芯片的端面成一定角度设置，用于降低所述硅光芯片端面光发射对所述半导体增益芯片的影响；

所述输出耦合器的波导垂直于所述硅光芯片的端面。

10.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述减反射器为光栅耦合器、拉锥形波导、光衰减器。

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