高速率并行光互连器件的基础科学问题研究

甚短距离高速并行光传输是目前光通信领域的一个具有广阔前景的研究方向，本项目主要开展甚短距离高速率（5Gbit/s）并行光传输中与光电器件相关的基础问题研究。首先研究基于VCSEL的直接高速电调制下传输及接收时光强、波长的扰动以及串扰和噪声问题，提高激光器的工作带宽和调制速度。研究基于带状多模光纤的传输发射器件以及基于高速光探测器列阵的并行光接收器件的结构及相关理论，以及VCSEL列阵/高速探测器列阵与专用集成电路多芯片组装混合集成方法与相关理论，解决并行光传输中单通道速率在达到或超过5Gbit/s时，由于调制速率、消光比、带宽、体积、散热等因素限制所带来的一系列瓶颈问题，从而为驱动电路、调制方式、光纤链路设计及低噪音高速解调等关键技术提供理论支撑。本项目研究成果可以推广到万兆以太网等技术领域，为推进下一代全光网发展提供技术保障。

随着数据的处理、存储和传输速度的不断提高，尤其是Internet的迅猛发展，对带宽有爆炸性的需求。甚短距离（VSR，Very Short Reach）是指最大连接长度在600m的高速数据通信传输，在高速数据传输中占有重要地位。本课题主要研究高速率并行光传输方案中与光电器件相关的基础问题，研究基于VCSEL的直接高速电调制技术，高速调制、传输及问题，提高激光器的工作带宽和调制速度问题；研究基于带状多模光纤的传输发射器件以及基于高速光探测器列阵的并行光接收器件的结构及相关理论， VCSEL列阵与专用集成电路多芯片组装混合集成方法与相关理论， VCSEL列阵组件以及并行光发射/接收器件的封装和光耦合形式, 解决并行传输中单通道速率在高速传输时，由于调制速率、体积、散热等因素限制所带来的一系列瓶颈问题，以及驱动电路、调制方式、光纤链路设计等关键问题。深入研究了基于垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 列阵的高速率并行光发射模块的结构、集成单元和集成技术。优化设计和制备深亚微米CMOS或SiGe BiCMOS工艺高速激光器列阵驱动电路，对高速率并行光发射模块所需的深亚微米CMOS或SiGe BiCMOS工艺高速IC驱动电路进行封装，对封装后的高速IC电路的电信号进行测试与分析；将封装后的高速IC电路与VCSEL列阵组装，研制VCSEL列阵组件，测量组件频率特性和光发射特性，与未进行高速IC电路封装的VCSEL列阵组件的光电特性相比较，确定高速率并行光发射模块所需的VCSEL列阵组件；完善和优化并行光发射模块的封装和光耦合形式，解决高速并行光发射模块封装和光耦合中存在的问题。课题组研究人员在高速并行激光器驱动电路的设计中，采用了电容交叉耦合的带宽扩展技术、单路LDD的隔离技术，实现带宽的扩展，抑制了噪声的耦合。