全球互聯(lián)網(wǎng)正以每年24%的復(fù)合速度增長，到2021年將達(dá)到每年3.3 zb字節(jié)。高速光通信在這個不斷連接的世界中是迫切需要的，為了跟上這種增長，光模塊的制造的發(fā)展是迫切需要的。復(fù)旦大學(xué)電子工程系博士研究生劉曉研究了集成構(gòu)成光模塊的電子電路和光子器件的新方法。他將于2020年12月1日完成博士論文答辯。

光收發(fā)器的電子和光子元件通常是用不同的技術(shù)制造，然后集成或打包在一起。隨著光通信系統(tǒng)的發(fā)展，對速度的要求越來越高，對成本和功耗的要求越來越低，這種封裝已經(jīng)成為影響電子-光子組合系統(tǒng)性能的重要瓶頸。需要新的小尺寸封裝技術(shù)，在不影響光模塊性能或增加功耗的情況下進(jìn)行封裝。

劉研究了電子電路和系統(tǒng)方法，開發(fā)了一種新的三維光電子片尺度集成技術(shù)。在這種新的集成技術(shù)中，光子晶片是通過粘接聚合物粘接技術(shù)粘接在電子晶片的頂部。然后通過聚合物建立電連接。

從交流到直流

劉的第一步是為高速光調(diào)制器驅(qū)動器開發(fā)一種新的設(shè)計(jì)方法。通常，放大器的設(shè)計(jì)以頻域參數(shù)為目標(biāo)，如帶寬、群時延變化、線性度等。但驅(qū)動器的規(guī)格一般在時域描述，如數(shù)據(jù)速率、眼圖等。Liu提出的方法論集中在兩個領(lǐng)域之間的聯(lián)系上。然后，他使用不同的電路設(shè)計(jì)技術(shù)來改善頻域規(guī)格，以實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)率和高質(zhì)量的眼圖在時域。這種提出的方法導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)了一個分布式驅(qū)動程序，實(shí)現(xiàn)了最先進(jìn)的56 Gbaud PAM4 (112 Gb/s)傳輸。

劉的第二個研究課題是三維晶圓尺度集成中的驅(qū)動-調(diào)制器接口。目前，大多數(shù)光子調(diào)制器需要直流偏壓才能在最佳狀態(tài)下工作。這被稱為交流耦合方案，它很容易通過線鍵和外部表面安裝組件實(shí)現(xiàn)。然而，向3-D晶圓規(guī)模集成的發(fā)展使得外部組件成為不可能:驅(qū)動-調(diào)制器接口位于模塊內(nèi)部。因此，需要一個直流耦合方案，它是直接連接驅(qū)動器的輸出和光調(diào)制器的輸入。Liu提出了兩種新的直流耦合驅(qū)動方案;一個有助于提高馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM)發(fā)射機(jī)的緊湊性，一個用于解釋MZM的不同調(diào)制格式和制造公差。

該方法和三維電子-光子晶片集成技術(shù)為光通信的發(fā)展提供了廣闊的前景。

總結(jié)

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