数据通信用光电集成智能化CSFP光模块

近几年来，随着光纤到户、全光网络等热点应用的兴起，通信业正面临带宽和速度的双重挑战，大容量、高速率和高质量的光纤通信已成为信息产业发展的必然趋势。光收发模块是光网络建设的重要组成部分，其核心功能就是在各种传输网络之间提供光电接口，完成光电或电光转换，确保通信网的连接。目前应用较广的光模块类型是小型化可热插拔(SFP)模块系列产品。在当前的主流通信容量和速率下，它基本能满足通信的要求。但随着一系列热点应用的兴起以及对光模块产品低成本、高链路容量的进一步需求，紧凑型小型化可热插拔(CSFP)光收发模块便应运而生。在现在流行的SFP工业封装基础上，通过采用双通道，甚至四通道的设计，CSFP不改变现有接口形式，但将外形尺寸缩小到现有标准的1/2或1/4，通过组合还可灵活配置通道数量。采用高集成度光电回路和封装技术研制的CSFP光模块继承了SFP所有的技术优势，大幅度减小光模块和通信系统设备的外形尺寸，成倍提升端口密度及信息吞吐量的同时也降低了系统成本，商业价值巨大。本文旨在研究和设计出一种集成两路传统单纤双向(BIDI)SFP的CSFP模块，并对其性能进行测试，通过进一步分析数据结果，验证产品性能，证实设计方案的可行性，为CSFP光模块的实际生产提供理论依据。

2CSFP中的光电集成技术

光电集成技术的出现是光学器件和系统发展的必然趋势，也是当今光电子学领域的前沿技术，它主要研究如何将光学器件与电子元件集成封装在一起以完成传统有源、无源光元件的功能。将半导体激光器、探测器等有源器件集成在同一平面衬底上，并用光波导、耦合器、隔离器和滤波器等无源器件连接起来，构成实现微型化、集成化和薄膜化的微型光学系统称为集成光路。如果同时与如电阻、电容等电子元件集成，则构成混合光电集成系统。

混合光电集成可以实现作为基础光元件体系的光波导和有源器件的自由结合，所以可以较容易制作出各种功能的光集成器件，生产成本较低，是目前最合适的实用集成途径。它通过在硅衬底光波导上集成芯片，实现了一个双向光通信收发器的混合光器件体系。半导体激光器、光探测器等有源器件和构成波导基础光路所必需的无源元件，各自选择最合适的材料，采用不同的制造工艺，组成最合适的器件形式，这是混合集成的最大特征。正因为如此，大多数混合集成元件在研究初期就可以具备满足实用化条件的性能。

混合光集成的一个困难之处在于将光有源器件装配到无源波导衬底上，目前通过平面光波回路(PLC)技术可有效解决这个难题。图2是具有石英-硅台面的PLC平台结构。这种平台用具有台面区域的硅代替常规的平坦硅衬底，其主要由PLC区、器件装配区和电导线区3部分组成。在PLC区中的埋入式光波导的传输损耗非常小(小于0.1dB/cm)，这是因为其形成在紧邻台面硅衬底的基平面附近。器件装配区含有硅台面，其对于光电子器件可以起到对准和散热的作用。在硅台面上形成厚度大约为0.5μm的二氧化硅(SiO2)电绝缘层，再在这个绝缘层上面做焊料图型。由于在事先设计时已经使波导区与光电器件有源层距焊料表面的距离相同，所以将光电器件倒放在焊料上，SiO2光波导和光电器件便可以容易的实现垂直校准。导线区的一个主要优点就是导线可以做在石英层上，而不是在硅衬底上。通常硅衬底导线由于硅表面本身具有微弱导电性，所以在传输高速电信号时会有很大的损耗和电容。而这个问题可以用石英层导线解决。所以，PLC平台还充当了光器件性能优异的导线基板。