引用本文:

吕晓萌,伍艺龙,赵炳旭,等. 基于光电混合集成的四通道外调电/光转换组件[J]. 光通信技术,2021,45(2):51-54.

基于光电混合集成的四通道外调电/光转换组件

吕晓萌1,2,伍艺龙1,赵炳旭1,2,张童童1,2,许玮华1,2,廖 翱1,2,刘洋志1

(1.中国电子科技集团公司 第二十九研究所,成都 610029; 2.四川省宽带微波电路高密度集成工程研究中心,成都 610029)

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摘要:由于单片级集成技术面临开发成本高、周期长等问题,提出一种基于光电混合集成封装的四通道外调电/光转换组件。该组件利用光电混合集成技术,采用空间光学透镜耦合代替原有光纤互连方式、传输微带代替传统电缆互连方式、金丝/金带代替传统低频导线方式以及微组装工艺实现多专业裸芯片一体化气密封装代替分离组件混合装配方式,从而达到大幅度压缩体积、提高集成度的目的。测试结果表明:该组件实现了四通道2~18 GHz的电/光转换功能,波长序列满足8个信道200 GHz通道间隔要求,射频指标S21值为-4 dB±3 dB,驻波小于1.5,噪声系数小于23 dB。

关键词:微波光子学;光电混合集成;铌酸锂调制器;外调制

中图分类号:TN929.1 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)02-0051-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.02.012

0 引言
       电/光转换是微波光子链路最核心的组成部分,主要分为直调电/光转换和外调电/光转换2种实现形式[1-2]。与采用高速激光器的直调电/光转换方式相比,采用激光器和调制器组成的外调电/光转换方式可以灵活对激光器出射光功率、调制器偏置工作点和信道波长等物理参量进行调节,从而可以更灵活地根据具体应用需求和场景实现多种复杂功能。外调电/光转换技术的主要应用有光载射频、光学波束形成、光电振荡器和光子变频等[3-7]。
  当前电/光转换系统的产品形态(如光发射机、调制器、探测器、微波放大器和微波混频器等)主要是通过分离的光学、微波和控制等组件来实现的,鲜有光电集成化产品,这极大限制了微波光子技术在小型化和阵列化系统的应用。在国际上,针对电/光转换小型化和集成化的研究主要利用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺在单个芯片上实现多功能单元的单片光电集成,从而极大幅度压缩体积[8-10]。但单片集成技术面临开发成本高、周期长以及对制备设备和净化厂房要求极高的问题。因此,本文利用光电混合集成技术实现多种材料、不同功能的光子学、微波射频和电子学等芯片的混合集成,充分发挥各材料体系、各专业领域的技术优势,在缩减尺寸维度的同时实现高指标的功能模块。

3 结束语
       本文利用光电混合集成工艺,将光学芯片、微波芯片、控制类芯片、温度控制芯片和光学透镜进行混合气密封装于一个精密结构体内。在信号互连的实现方式上,通过金丝/金带键合的方式实现低频信号互连,采用微带传输线的方式射频信号互连、空间透镜光学的方式实现光信号互连,从而大幅度降低了外调电/光转换组件的尺寸,与传统分离组件实现方式相比,该组件体积降低了95%以上。经测试,该组件的光学指标,如光功率、光波长、边模抑制比以及在2~18 GHz射频指标(如S21值、VSMR值、NF和IIP3值等)均能满足高效、高线性度的电/光转换系统的要求,具有广阔的应用前景。