近幾年來(lái)，隨著光纖到戶、全光網(wǎng)絡(luò)等熱點(diǎn)應(yīng)用的興起，通信業(yè)正面臨帶寬和速度的雙重挑戰(zhàn)，大容量、高速率和高質(zhì)量的光纖通信已成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。光收發(fā)模塊是光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要組成部分，其核心功能就是在各種傳輸網(wǎng)絡(luò)之間提供光電接口，完成光電或電光轉(zhuǎn)換，確保通信網(wǎng)的連接。目前應(yīng)用較廣的光模塊類型是小型化可熱插拔(SFP)模塊系列產(chǎn)品。在當(dāng)前的主流通信容量和速率下，它基本能滿足通信的要求。但隨著一系列熱點(diǎn)應(yīng)用的興起以及對(duì)光模塊產(chǎn)品低成本、高鏈路容量的進(jìn)一步需求，緊湊型小型化可熱插拔(CSFP)光收發(fā)模塊便應(yīng)運(yùn)而生。在現(xiàn)在流行的SFP工業(yè)封裝基礎(chǔ)上，通過(guò)采用雙通道，甚至四通道的設(shè)計(jì)，CSFP不改變現(xiàn)有接口形式，但將外形尺寸縮小到現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的1/2或1/4，通過(guò)組合還可靈活配置通道數(shù)量。采用高集成度光電回路和封裝技術(shù)研制的CSFP光模塊繼承了SFP所有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，大幅度減小光模塊和通信系統(tǒng)設(shè)備的外形尺寸，成倍提升端口密度及信息吞吐量的同時(shí)也降低了系統(tǒng)成本，商業(yè)價(jià)值巨大。本文旨在研究和設(shè)計(jì)出一種集成兩路傳統(tǒng)單纖雙向(BIDI)SFP的CSFP模塊，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)結(jié)果，驗(yàn)證產(chǎn)品性能，證實(shí)設(shè)計(jì)方案的可行性，為CSFP光模塊的實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

2CSFP中的光電集成技術(shù)

光電集成技術(shù)的出現(xiàn)是光學(xué)器件和系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是當(dāng)今光電子學(xué)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，它主要研究如何將光學(xué)器件與電子元件集成封裝在一起以完成傳統(tǒng)有源、無(wú)源光元件的功能。將半導(dǎo)體激光器、探測(cè)器等有源器件集成在同一平面襯底上，并用光波導(dǎo)、耦合器、隔離器和濾波器等無(wú)源器件連接起來(lái)，構(gòu)成實(shí)現(xiàn)微型化、集成化和薄膜化的微型光學(xué)系統(tǒng)稱為集成光路。如果同時(shí)與如電阻、電容等電子元件集成，則構(gòu)成混合光電集成系統(tǒng)。

混合光電集成可以實(shí)現(xiàn)作為基礎(chǔ)光元件體系的光波導(dǎo)和有源器件的自由結(jié)合，所以可以較容易制作出各種功能的光集成器件，生產(chǎn)成本較低，是目前最合適的實(shí)用集成途徑。它通過(guò)在硅襯底光波導(dǎo)上集成芯片，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)雙向光通信收發(fā)器的混合光器件體系。半導(dǎo)體激光器、光探測(cè)器等有源器件和構(gòu)成波導(dǎo)基礎(chǔ)光路所必需的無(wú)源元件，各自選擇最合適的材料，采用不同的制造工藝，組成最合適的器件形式，這是混合集成的最大特征。正因?yàn)槿绱耍蠖鄶?shù)混合集成元件在研究初期就可以具備滿足實(shí)用化條件的性能。

混合光集成的一個(gè)困難之處在于將光有源器件裝配到無(wú)源波導(dǎo)襯底上，目前通過(guò)平面光波回路(PLC)技術(shù)可有效解決這個(gè)難題。圖2是具有石英-硅臺(tái)面的PLC平臺(tái)結(jié)構(gòu)。這種平臺(tái)用具有臺(tái)面區(qū)域的硅代替常規(guī)的平坦硅襯底，其主要由PLC區(qū)、器件裝配區(qū)和電導(dǎo)線區(qū)3部分組成。在PLC區(qū)中的埋入式光波導(dǎo)的傳輸損耗非常小(小于0.1dB/cm)，這是因?yàn)槠湫纬稍诰o鄰臺(tái)面硅襯底的基平面附近。器件裝配區(qū)含有硅臺(tái)面，其對(duì)于光電子器件可以起到對(duì)準(zhǔn)和散熱的作用。在硅臺(tái)面上形成厚度大約為0.5μm的二氧化硅(SiO2)電絕緣層，再在這個(gè)絕緣層上面做焊料圖型。由于在事先設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)使波導(dǎo)區(qū)與光電器件有源層距焊料表面的距離相同，所以將光電器件倒放在焊料上，SiO2光波導(dǎo)和光電器件便可以容易的實(shí)現(xiàn)垂直校準(zhǔn)。導(dǎo)線區(qū)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)就是導(dǎo)線可以做在石英層上，而不是在硅襯底上。通常硅襯底導(dǎo)線由于硅表面本身具有微弱導(dǎo)電性，所以在傳輸高速電信號(hào)時(shí)會(huì)有很大的損耗和電容。而這個(gè)問(wèn)題可以用石英層導(dǎo)線解決。所以，PLC平臺(tái)還充當(dāng)了光器件性能優(yōu)異的導(dǎo)線基板。