1. 研究背景与动机：

• 随着AI和智能计算的快速发展，数据中心的数据流量呈指数级增长，传统三层拓扑架构面临成本上升和时延增加的问题。

• 扁平化的叶脊拓扑架构提高了数据传输效率，但对高速互连的要求更高，800 Gb/s 2×FR4光模块成为最优解决方案。

• 传统光模块因成本高、集成度低和制造工艺复杂等缺点，难以满足当前需求，硅光模块凭借低成本、高集成度和低能耗等优势成为主流选择。

2. 技术方案概述：

• 提出了800 Gb/s 2×FR4硅光模块技术方案，包括数字信号处理单元（DSP）、控制单元、发射单元和接收单元四个核心部分。

• 发射单元采用硅光技术，核心为硅光芯片，通过集成多路复用器（MUX）的硅光调制器芯片、氮化硅波导级联马赫-曾德尔干涉仪（MZI）复用结构和行波电极设计，实现高效调制与复用。

3. EML技术方案与不足：

• EML技术方案基于电吸收调制原理，通过激光器和调制器的协同工作实现高速光信号调制。

• EML技术方案虽然实现了激光器与调制器的高度集成，但工艺精度要求高，生产成本居高不下，且对温度变化敏感，需依赖温控措施维持性能稳定，增加了系统复杂度和功耗。

4. 硅光技术方案优势：

• 硅光技术方案基于成熟的硅基半导体工艺，具备高集成度、低功耗和可控成本等优势。

• 发射单元采用硅光芯片，激光器数量从8个减少到4个，且无需温控电路，进一步降低了功耗和成本。

• 硅光芯片支持8通道并行调制，单通道速率达100 Gb/s（PAM4），满足至少2 km的光信号传输需求。

5. 硅光芯片设计原理：

• 硅光芯片采用标准130 nm CMOS工艺在SOI衬底上制造，集成了光耦合器、光分束/合束器、电光调制器、监控探测器（MPD）和复用器等关键功能模块。

• 光耦合器采用边缘耦合器设计，耦合效率高，工作波长带宽宽，偏振相关损耗低。

• 分束器采用2×2定向耦合器结构，实现宽工作波长内的低损耗分光。

• 硅光调制器采用载流子耗尽型电学结构，基于MZI架构实现高速相位调制，行波电极设计实现35 GHz以上的3 dB带宽。

6. 封装与性能测试：

• 芯片采用光纤对准耦合封装，通过调整光纤位置使MPD和输出光功率达到最大后点胶固化。

• 测试结果表明，硅光芯片在1265~1355 nm波段实现了优异的波长复用功能和光谱稳定性，3 dB带宽超过30 GHz，满足单波长100 Gb/s PAM4要求。

• 光模块的各项性能指标均达到协议规定，具有良好的温度稳定性和通道一致性。

7. 性能表征与结论：

• 通过测试发射端与接收端的指标评估光模块性能，样品在不同环境温度下的各项参数均满足IEEE 802.3df和MSA协议标准。

• 实验结果表明，该硅光调制器芯片能够满足单波100 Gb/s调制应用，光模块性能优异，为数据中心的演进提供了集成化硅光解决方案。

文件最后列出了参考文献，涵盖了相关领域的研究成果和标准协议，为技术方案提供了理论支持和实验依据。