用于高信道计数光子学的光学再分布层的制作方法

1.本公开大体上涉及高信道计数光子集成电路(pic)，并且具体涉及光收发器电路。


背景技术：

2.光通信网络使用光传输器(例如包括激光器和光调制器)来在通信链路的一端上将数据编码到光信号上，并且使用(例如利用光电二极管实现的)光接收器来在另一端再现来自光信号的数据。传输器和接收器通常被集成在同一光子电路中以形成光收发器，该光收发器可以发送和接收光信号以充当通信网络中的节点。为了支持经由同一光纤来传输与多个通信信道相对应的多个光信号，收发器电路可以生成处于多个波长的光信号并且将它们复用为多信道输出信号。进一步地，在每个波长下，多个光信号可以被生成，以用于经由不同的光纤在不同的传输器输出端口处到不同目的地的传输。例如，对于四个复用的多信道光输出信号，收发器可以被配置为支持十六个通信信道，在每四个不同波长下有四个通信信道。另外，为了在不需要外部光源和光电探测器的情况下测试传输器和接收器功能性，收发器电路可以包括环回路径，当收发器从其正常操作模式(或者“任务模式”)被切换到测试模式时，该环回路径将光信号从收发器电路路由传送到光电二极管。随着信道计数增加以满足日益增长的数据量的容量需求，收发器电路变得越来越复杂和昂贵，特别是在具有自测功能性的收发器中。


技术实现要素：

3.根据一些实施例，提供了一种光子集成电路(pic)，包括：器件层，包括第一硅波导层；第二硅波导层，通过介电层与第一硅波导层隔开；光传输器电路系统，被形成在器件层中，包括被配置为以多个相应波长发出光的多个激光器，光传输器电路系统被配置为在与相应波长相关联的多个通道之间使来自激光器中的每个激光器的光分开，光学地调制通道中的每个通道中的光以生成与相应通道相关联的已调制的光信号，并且跨多个波长复用已调制的光信号以生成多个光传输器输出信号；以及，光环回电路系统，被形成在第二硅波导层中，被光学地耦合至光传输器电路系统，并且被配置为选择性地将与每个通道相关联的已调制的光信号耦合至与通道相关联的光电二极管。
4.根据一些实施例，提供了一种用于制造包括传输器电路系统和环回电路系统的光收发器的方法，方法包括：将绝缘体上硅衬底的硅层图案化以在其中形成环回电路系统；将涂覆有介电层的硅衬底与介电层一起向下键合到经图案化的硅层上；沿着注入的缺陷的层阻断硅衬底以在介电层的顶部上产生第二硅层；将第二硅层图案化以形成传输器电路系统的无源器件结构；以及将一个或多个iii-v裸片键合至经图案化的第二硅层，并且将所键合的iii-v图案化以形成传输器电路系统的有源器件结构。
5.根据一些实施例，提供了一种光子集成电路(pic)，包括：器件层，包括第一硅波导层；第二硅波导层，通过介电层与第一硅波导层隔开；光传输器电路系统，被形成在器件层中，包括被配置为以四个相应波长发出光的四个激光器，光传输器电路系统被配置为在四
个通道之间使来自激光器中的每个激光器的光分开以形成十六个通道，光学地调制十六个通道中的每个通道中的光以生成与相应通道相关联的已调制的光信号，并且跨四个波长复用已调制的光信号以生成四个光传输器输出信号；以及，光环回电路系统，被形成在第二硅波导层中，被光学地耦合至光传输器电路系统，并且被配置为选择性地将与每个通道相关联的已调制的光信号耦合至与通道相关联的光电二极管。
附图说明
6.在本文中参照附图描述了解决与高信道计数光收发器相关联的挑战的各种实施例。
7.图1a至图1e以多层衬底的一系列示意性横截面侧视图图示了根据各种实施例的针对包括多个器件层的pic的示例制造工艺。
8.图2是根据一个实施例的示意性示例传输器电路系统布局，在该布局中，用于不同的几对波长的复用器沿着列(column)被布置，按照波长交替。
9.图3是根据一个实施例的示意性示例传输器电路系统布局，在该布局中，用于不同的几对波长的复用器沿着列被布置，按照波长在空间上被分组。
10.图4是根据一个实施例的示意性示例传输器电路系统布局，在该布局中，用于不同的几对波长的复用器被布置在两个相应的行(row)中，在复用器之后具有对称的波导分布。
11.图5是根据一个实施例的示意性示例传输器电路系统布局，在该布局中，用于不同的几对波长的复用器被布置在两个相应的行中，在复用器之后具有非对称的波导分布。
12.图6是根据一个实施例的示意性示例环回电路系统布局。
具体实施方式
13.本文描述了具有共享激光源的光收发器pic，这意味着在通过调制传递数据以针对与多个通道相关联的不同通信信道在激光波长下产生光信号之前，在多个通道之间使由每个单独的激光器输出的光分开。共享激光源对于高信道计数pic是有益的，因为它们显著地减少了激光器的数量以及与它们相关联的占用面积、功耗和成本。例如，可以利用在四个通道之间分别使其输出分开的四个激光器，而不是利用如在许多常规收发器电路中将被使用的十六个激光器，来实现四波长十六信道收发器。为了实现分开的激光的足够的光强度，可以在调制之前由通常比激光器便宜的半导体光放大器(soa)来将光放大。
14.共享激光源的使用通常以更复杂的波导配置为代价以将光学器件之间的光从激光器路由传送到输出端口，或者在自测模式下，路由传送到光电二极管，具有导致大量光损耗的多个波导交叉。使波导交叉的数量最小化的电路架构和波导布局是期望的。根据各种实施例，通过在两个(或更多个)器件层之间分发传输器和自测功能性，来减少在具有共享激光器的光收发器中的波导交叉的数量。更具体地，在一些实施例中，收发器pic被形成在绝缘体上硅(soi)衬底上，该soi衬底包括由氧化物或者其他介电层隔开的两个硅波导层。顶部硅波导层与被键合至其的化合物半导体(例如iii-v)结构层一起形成第一混合器件层，该第一混合器件层实现传输器电路系统，包括激光器、soa、光调制器、复用器和输出耦合器以及接收器的光电二极管。底部硅波导层用作第二器件层，在该第二器件层中，实现至接收器光电二极管的环回路径，其中在光电二极管下方的光栅耦合器将平面外的光引导到
光电二极管中，该光电二极管可以被形成在化合物半导体层中。
15.图1a至图1e以多层衬底的一系列横截面侧视图图示了根据各种实施例的针对包括多个器件层的pic的示例制造工艺。具有多个硅波导层的衬底可以由在图1a中所示出的两个基于硅的衬底100、102制成。一个衬底100是普通的soi衬底，该soi衬底包括厚的硅承载件(silicon handle)104、在承载件104的顶部上的掩埋氧化物或者其他介电层106(例如二氧化硅的介电层)以及在介电层106的顶部上的薄的硅器件层108。另一衬底102包括由氧化物(例如二氧化硅)涂覆的厚的硅层110或者其他介电层112，其中硅层110中的注入的缺陷114(例如包括氢)的层在介电层112附近。
16.如在图1b中所示出的，soi衬底100的硅器件层108(该硅器件层108将用作多层pic的底部硅波导层116)被图案化以形成光学环回电路系统，该光学环回电路系统包括用于信道中的所有信道的环回路径、以及将来自光传输器电路系统的光耦合到环回电路系统中并且从环回电路系统向上耦合到接收器的光耦合器。可以例如使用本领域的普通技术人员已知的光刻图案化和蚀刻工艺来执行图案化，然后施加氧化物(例如二氧化硅)或者其他介电填充物118以形成均匀厚度的器件层。如在图1b中所示出的，具有注入的缺陷114的衬底102可以被翻转，并且如在图1c中所示出的，衬底102可以被键合至soi衬底102的图案化的硅器件层108(介电层112向下)。厚的硅层110然后可以例如使用众所周知的智能切割工艺沿着注入的缺陷114的层被阻断，从而留出将用作顶部硅波导层120的薄的硅层的位置。用于将薄的硅层转移到支撑件(例如在这种情况下，为soi衬底100)上的另一选项是键合和回蚀soi(besoi)，其中不使用离子注入辅助的阻断，相反，而是回蚀转移的硅衬底，直到达到期望厚度为止。
17.图1d示出了所产生的包括顶部硅波导层120和底部硅波导层116的多层结构122。如同底部硅波导层116，顶部硅波导层120可以通过常规的光刻图案化和蚀刻工艺被图案化，例如以形成无源器件结构(诸如波导)，并且利用氧化物或者其他介电填充物124被平面化。一旦顶部硅波导层120已经如此被图案化，iii-v材料(诸如例如磷化铟(inp)、砷化铟(inas)、砷化镓(gaas)、氮化镓(gan)或者铟锑化物(insb))或者通常包括精确的材料成分不同的多个子层的某种其他半导体化合物材料的裸片就可以被键合至顶部硅波导层120(直接地或者经由其间的薄的键合层)，并且该裸片通过光刻图案化和蚀刻被图案化以形成在图1e中所图示的有源器件结构层126(例如针对激光器、调制器、光电二极管等)。进一步的制造步骤包括金属层的沉积和图案化，在一些情况下，与介电层交替进行，以产生器件金属化和金属迹线、过孔以及用于将各种光学有源器件结构(诸如在激光器、放大器、电吸收调制器(eam)和光电二极管中所使用的二极管结构)、加热器或者其他电控设备连接至电端子的键合焊盘。共同地，图案化的顶部硅波导层120和化合物半导体层126与光学器件的电连接一起实现光传输器电路系统。
18.各种实施例提供了针对低数量的波导交叉(特别地，在顶部硅波导层120中所实现的传输器电路系统中的低数量的波导交叉)而设计的收发器电路的有益架构。使环回电路系统中的波导交叉最小化通常没那么重要，因为在任务模式期间，未使用环回电路系统，并且没有进出pic的耦合损耗，没有外部信道损耗或者色散，并且没有可以产生多径干扰的外部反射，以更好的性能开始，这使其更能容忍额外的损失。
19.图2至图5图示了具有共享激光器的多波长收发器的传输器电路系统的各种布局。
具体地，在描绘的示例中，收发器包括以四个相应波长λ0、λ1、λ2和λ3发出光的四个激光器，并且来自四个激光器中的每个激光器的光在四个通道之间被分开，针对总共十六个通道。然而，下面所讨论的一般设计原理以及针对每种设计的所产生的每通道波导交叉的数量可概括为更高数量的激光器(n
λ
个)和更高或者更少数量的通道(总共m个通道，每波长m个通道，m≥2，m＝m
·nλ
)，并且对于本领域的普通技术人员而言，扩展图示的布局以适应每波长不同数量的激光器和/或通道的方式将是明显的。
20.在图2至图5所示传输器电路系统布局中，在两个级中实现跨四个波长的复用。在第一级中，2
×
1复用器各自跨两对波长中的一对波长中的两个波长(例如，λ0和λ1或者λ2和λ3)组合光。在第二级，附加的2
×
1复用器各自组合由第一级输出的部分地复用的光信号中的两个部分地复用的光信号，以生成包括所有四个波长的光传输器输出信号。根据各种实施例，传输输出信号的光输出耦合器兼作第二级的复用器。当然，还可以备选地在每个输出耦合器之前使用专用的复用器。为了适应更高数量的波长，原则上，可以添加附加的复用器级。备选地，可以使用更高阶复用器。为了下面所提供的用于波导交叉的数量的通用公式，假定第一级中的复用器各自被配置为跨n
λ
/2个波长进行复用。例如，对于使用八个波长的收发器，第一复用级可以由各自跨λ0至λ3或者λ4至λ7组合光的4
×
1复用器组成。
21.图2至图5提供了用于四波长十六通道收发器的布局，这些布局在其第一级复用器的布置中不同，具有针对其传入波导和传出波导的波导交叉的暗示。
22.图2是根据一个实施例的示意性传输器电路系统布局200，在该布局200中，用于不同的几对波长的复用器沿着列被布置，按照波长交替。传输器电路系统包括以四个不同波长λ0、λ1、λ2和λ3发出光的四个激光器202。激光器可以是例如分布式反馈(dfb)激光二极管或者分布式布拉格反射器(dbr)激光器，并且激光器可以在外延生长的iii-v(例如gaas或者inp)裸片(在本文中也称为“epi裸片”)中产生。通常，针对每个激光波长使用分离的键合的epi裸片。激光器202的光输出信号各自在四个通道之间被分开，例如在y结的两级级联中、在多模干涉仪(mmi)的两级级联中或者在某种其他类型的分光器的两级级联中。被定位在两个分开的级之间的八个soa 204将光放大以实现充分的信号水平。soa的附加层可以在第二分开的级之后，在调制器206之前，再次将光放大，但是在实践中，通常不需要。
23.在混合硅化合物半导体pic中，针对每个波长使用单个共享激光器可以显著降低制造成本，因为一个激光器和分成四个通道的两个soa(总共三个二极管)可以代替四个激光器(总共四个二极管)，因为soa所需的epi比针对激光器的epi小，并且所需的二极管的总数更少。附加地，使用更少的激光器降低了功耗，例如这是由于用于可调谐激光器的简化的和低功率电子控制电路系统，例如因为仅单个激光器而不是四个独立的激光器需要对激光器的滤光片进行基于加热器的波长控制。比激光器202便宜得多的soa 204的增加的成本通常不消耗由共享激光器实现的成本节省。在一些实施例中，用于每个波长的激光器202和相关联的(两个)soa 204被形成在同一epi裸片中，这潜在地提供了进一步的成本节省。在其他实施例中，分离的epi裸片被用于激光器202和soa 204，以支持针对相应的器件功能而微调的不同子层结构。在soa 204之后对相同的波长通道进行分组允许将单个调制器epi裸片用于每个波长组(例如利用单个epi裸片实现用于所有四个λ0波长的通道)，这也大大降低了epi成本。
24.传输器电路系统包括用于十六个通道中的每个通道的光调制器206，即，用于在波
长λ0下生成已调制的光信号的四个光调制器206、用于λ1的四个调制器206、用于λ2的四个调制器和用于λ3的四个调制器。可以例如通过eam或者通过在一个或两个干涉仪臂中包括移相器(phase shifter)的马赫-曾德尔干涉仪(mzi)来实现光学调制器206。又可以例如通过硅波导中的或者形成干涉仪臂的键合的iii-v波导中的p-n结或者p-i-n结来实现移相器。
25.如上面所提到的，由调制器206输出的已调制的光信号在两个级中被复用为光传输器输出信号，这些光传输器输出信号各自包括与四个波长相对应的四个信道。在第一级中，八个2
×
1复用器208、210将十六个已调制的光信号部分地组合成八个部分地复用的信号。复用器208、210可以被视为几对复用器，每对复用器包括一个复用器208和一个复用器210，复用器208在与波长λ0和λ1相关联的两个通道中组合已调制的信号，复用器210在与波长λ2和λ3相关联的两个通道中组合信号。由每对复用器208、210输出的部分地复用的信号然后在第二级中，通过拥有固有的复用功能性的相关联的输出耦合器212、或者在该输出耦合器之前的相关联的第二级复用器而被组合。例如，沿着列按照其布置顺序从一到四来对与任何给定波长相关联的通道和调制器206的每个集合中的通道和相关联的调制器206进行编号，复用器208、210的第一对214和相关联的第一输出耦合器组合与关联于四个波长的通道和调制器的四个集合中的第一通道和第一调制器相关联的已调制的光信号；复用器208、210的第二对216和相关联的第二输出耦合器组合与通道和调制器的四个集合中的第二通道和第二调制器相关联的已调制的光信号，依此类推。可以例如通过mzi来实现复用器208、210。对于具有多于四个的波长的收发器，其中第一级中的复用器各自跨多于两个的波长组合光信号，可以替代地使用阵列波导光栅(awg)。输出耦合器212可以是例如光栅耦合器、蚀刻转向镜或者具有用于使单模光纤对齐的被蚀刻的硅v形槽的光斑大小的转换器。
26.如在图2中所示出的(并且在图3至图5中同样地示出)，激光器202全部沿着单条线被布置，为了便于参考，该单条线在下文中被任意地称为“列”。相关联的soa 204沿着第二列(即，大致平行于第一条线的第二条线)被布置。与十六个通道相关联的光学调制器206沿着第三列(通常平行于激光器202和soa 204的列)被布置，按照波长在空间上被分组，使得它们可以被放置成接近激光器202和soa204，它们对激光器202和soa 204的输出进行调制。结果，如可以了解到的，将激光输出耦合至soa输入并且将soa输出耦合至调制器输入的波导可以被布置成没有任何交叉。然而，为了跨多个波长复用已调制的光信号，使用如图所示可以被布置在第四列中的、在调制器206的列与输出耦合器212之间的某种波导再分布，但是波导交叉(例如交叉213)成为必然。波导交叉的数量和位置取决于第一级的复用器208、210的特定布置。
27.在布局200中，组合波长λ0和λ1的复用器208和组合波长λ2和λ3的复用器210沿着单个列被交替布置，其中复用器208、210的第一对214至复用器208、210的第四对216分别与用于按顺序被布置的多个波长的通道的集合中的第一通道至第四通道相关联。作为该配置的结果，波导再分布完全在调制器206与第一复用器级之间发生，并且复用器208、210的输出可以被连接至输出耦合器212，而没有进一步的波导交叉。该配置可以通过为每个附加的通道添加附加的一对复用器被直接扩展到每波长更高数量的通道，并且通过使用更高阶复用器被扩展到更高数量的波长。在n
λ
≥4个波长且每波长m≥2个通道的情况下，对于总共m＝m
·nλ
个通道，针对具有这种设计的任何通道的波导交叉的最大数量x
max
为：
[0028][0029]
对于n
λ
＝4并且m＝16，如在图2中所示出的，这总计为最多九个与给定通道相关联的波导交叉。(如果波导交叉在沿着用于通道的调制器206与接收由调制器206输出的已调制的信号的输出耦合器212之间的光路的任何地方发生，则该波导交叉被认为与该通道相关联。)
[0030]
图3是根据一个实施例的示意性传输器电路系统布局300，在该布局300中，用于不同的几对波长的复用器沿着列被布置，按照波长在空间上被分组。该布局300与图2所示布局200之间的唯一差别是：列中表示第一复用级的复用器208、210的顺序，以及所产生的波导配置。此处，复用器208、210的多个对214、216等被分开。组合波长λ0和λ1的所有复用器208在列的一半中被分组在一起，按照与它们所关联的通道和调制器206相同的方式被排序。类似地，组合波长λ2和λ3的所有复用器210在列的另一半中被分组在一起，同样按照与它们所关联的通道和调制器206相同的方式被排序。如可以了解到的，在第一复用器级之前和之后，该布局引起波导再分布并且因此，引起波导交叉。然而，有益地，针对单独的通道的波导交叉的最大数量仅为：
[0031][0032]
对于n
λ
＝4并且m＝16，该最大数量总计为六。
[0033]
图4是根据一个实施例的示意性传输器电路系统布局400，在该布局400中，用于不同的几对波长的复用器402、404被布置在两个相应的行中，在复用器402、404之后具有对称的波导分布。组合波长λ0和λ1的复用器402在一行中被分组在一起，并且组合波长λ2和λ3的复用器404在另一行(例如如图所示，基本平行于第一行并且与第一行水平对齐)中被分组在一起。术语“行”表示复用器402或者复用器404的对齐是在大致垂直于调制器206、激光器202等(它们被称为成列布置)的对齐的方向上。注意，相较于图2和图3所示布局200、300中的复用器208、210，复用器402、404复用与通道的不同组合相关联的已调制的光信号。例如，其中布局200中的复用器208、210的第一对214从与λ0、λ1、λ2和λ3相关联的集合中的第一通道接收其输入，两个行中的、构成布局400中的第一复用级的第一(最左边的)复用器402、404分别将关联于λ0的第一通道与关联于λ1的最后一个通道组合，以及将关联于λ2的第一通道与关联于λ3的第四(最后一个)通道组合。类似地，两个行中的第二复用器402、404将关联于λ0的第二通道与关联于λ1的第三通道组合，并且将关联于λ2的第二通道与关联于λ3的最后一个通道组合，依此类推。该配置允许沿着每个行将复用器402或者404耦合至光调制器206的波导406被嵌套，从而关于相应行形成嵌套的波导集合(例如，其中将输入提供给最左边的复用器402、404的波导是相应集合中的最外面的波导)，这避免了在它们之间的任何波导交叉。(然而，在将复用器402、404耦合至调制器206的波导406与将复用器402、404耦合至输出耦合器212的波导408之间，确实存在波导交叉。)
[0034]
还要注意，两个最左边的复用器402、404不形成其输出在第二复用级处被组合(由输出耦合器212实现)的一对复用器。相反，在一行中的最左边的复用器402和另一行的最右边的复用器404形成第一对，被连接至第一(最顶部的)输出耦合器212；第一行中的第二复用器402和第二行中的第三复用器404(都从左边开始)形成第二对，被连接至第二输出耦合
器212(从顶部开始)；第一行中的第三复用器402和第二行中的第二复用器404形成第三对，被连接至第三输出耦合器212；并且第一行中的第四复用器402(并且是最后一个复用器)和第二行中的第一复用器404形成第四对(并且是最后一对)，被连接至最后一个输出耦合器212。在几对复用器402、404按照其相关联的输出耦合器212的顺序被编号的情况下，复用器402沿着第一行的顺序是在与复用器404沿着第二行的顺序相反的方向上。将复用器402、404耦合至输出耦合器212的波导408被配置成关于第一行与第二行之间的水平轴对称。该布局400中针对单独的通道的波导交叉的最大数量与针对图3所示布局300的相同：
[0035][0036]
对于n
λ
＝4并且m＝16，该最大数量总计为六。
[0037]
图5是根据一个实施例的示意性传输器电路系统布局500，在该布局500中，用于不同的几对波长的复用器402、404被布置在两个相应的行中，在复用器402、404之后具有非对称的波导分布。该布局500与在图4中所描绘的前述布局400的不同之处在于：组合λ0和λ1的复用器402和组合λ2和λ3的复用器404水平对齐，该复用器402和复用器404形成被连接至同一输出耦合器212的一对复用器402、404。例如，最左边的复用器402、404形成其输出由第一输出耦合器212复用为相应的传输器输出信号的第一对502。如图所示，利用将复用器402、404耦合至输出耦合器212的波导504的非对称配置，来实现在第一复用级之后的这种波导再分布。该布局500中针对单独的通道的波导交叉的最大数量为：
[0038][0039]
对于n
λ
＝4并且m＝16，该最大数量等于四，所有四个布局200、300、400、500中的最低数量。
[0040]
在各种实施例中，光收发器pic设置有经由环回电路系统而实现的自测功能性，该环回电路系统可以选择性地将已调制的光信号路由传送到接收器而不是传输器的输出端口。在输出耦合器212之前具有复用级的电路架构中，复用器(例如208、210、402、404)可以兼作用于该目的的交换机。例如，如在传输器电路系统布局200、300、400、500中的每个传输器电路系统布局中所示出的，复用器208、210、402、404各自具有两个输出端口，用于将复用的光信号提供给输出耦合器212中的一个输出耦合器的任务模式端口、以及将信号提供给(在图5中标记的)耦合器510的自测端口，该耦合器510将复用的信号耦合到环回电路系统中。实现复用器208、210、402、404的mzi或者awg的干涉仪臂中的移相器可以被用于在两个端口之间切换复用的信号。
[0041]
在与被用于传输器电路系统的硅波导层相同的硅波导层中实现环回电路系统将增加不期望的波导交叉。虽然在布局200、300、400中，针对单个通道的交叉的最大数量将保持不变(并且附加的波导交叉将沿着具有由波导再分布产生的较少的波导交叉的通道)，但是布局500将遭受每通道增加四个额外的波导交叉(即，m/n
λ
)，这使针对四波长十六信道情况的交叉的数量加倍。据此，通过在分离的波导层中实现环回功能性，这种额外的波导交叉可以被避免，从而关于交叉引起的光损耗，使布局500大体上是优选的。(注意，备选布局200、300、400可以提供其他优点。)
[0042]
图6是根据一个实施例的示意性示例环回电路系统布局600。所描绘的环回电路系
统被配置用于与图5所示传输器电路系统布局500一起使用，并且因此，在与位于传输器电路系统中的复用器的自测输出端口处的那些光耦合器510相匹配的位置处包括光耦合器610。换言之，光耦合器610被定位在位于顶部硅波导层120的光耦合器510正下方的底部硅波导层116中。一对耦合器510、610可以例如由两个光栅耦合器形成，一个光栅耦合器将顶层120中的平面内光直接向下重定向至底层116，而另一个光栅耦合器接收平面外光并且将其重定向到波导层116的平面中。备选地，顶部波导层120和底部波导层116中的两个短暂地耦合的波导部分可以一起提供耦合器510、610的功能性。
[0043]
环回电路系统可以包括分光器612，一个分光器612用于从收发器电路系统接收到的部分地复用的光信号中的每个部分地复用的光信号，该收发器电路系统使每个信号的一部分分开并且将其提供给光栅耦合器614，该光栅耦合器614将光耦合出pic并且耦合入校准设备，诸如，例如可以被用于对光信号所源自的相应激光器102进行校准的频谱分析仪。每个分光器612的另一输出被连接至例如利用mzi实现的光交换机616(或者级联交换机)，该光交换机616在自测模式下被打开，但是在任务模式期间被关闭以防止在传输器中所产生的光到达并且干扰接收器光电二极管618的操作。在自测模式下，光信号被传递给解复用器620，该解复用器620使部分地复用的光信号的两个波长分量分离。产生的十六个解复用的光信号被耦合到光电二极管618中，该光电二极管618通常被形成在位于顶部硅波导层之上的iii-v层中，例如经由光栅耦合器，或者通过先耦合回到顶部硅层，并且然后将顶部硅波导耦合到光电二极管618中。光电二极管618可以是例如雪崩光电二极管(apd)，该雪崩光电二极管(apd)以较高的电偏置(例如比典型的非雪崩光电二极管高2至10倍)进行操作，并且apd提供电增益，这是因为所生成的电子空穴对(electron and hole pair)通过较高的电偏置被加速并且撞击晶格，从而产生附加的电子和空穴载流子，这放大了接收到的电信号。apd被用于补偿测得的光信号中的低振幅，并且在光电探测器618之后，可以代替光接收器中的大得多并且功耗更高的soa或者跨阻放大器中的高增益级。
[0044]
前述描述提供了一种用于制造在两个硅波导层之间使传输器和环回电路系统隔开的两层光收发器pic的方法、以及用于两个波导层的示例布局。所公开的两层配置结合传输器电路系统中针对低数量的波导交叉设计的波导再分布，而支持在多个通道之间共享激光，这带来了成本效益、功率效益和大小效益。如本领域的普通技术人员将容易了解到的，具体的所提出的布局仅是示例，并且可以适应器件和波导的具体布置的、仍然符合基础设计原理和特性的修改和偏差(诸如，例如图4和图5中的对称波导分布与非对称波导分布)。
[0045]
以下编号的示例是说明性实施例：
[0046]
1.一种光子集成电路(pic)，包括：器件层，包括第一硅波导层；第二硅波导层，通过介电层与第一硅波导层隔开；光传输器电路系统，被形成在器件层中，包括被配置为以多个相应波长发出光的多个激光器，光传输器电路系统被配置为在与相应波长相关联的多个通道之间使来自激光器中的每个激光器的光分开，光学地调制通道中的每个通道中的光以生成与相应通道相关联的已调制的光信号，并且跨多个波长复用已调制的光信号以生成多个光传输器输出信号；以及，光环回电路系统，被形成在第二硅波导层中，被光学地耦合至光传输器电路系统，并且被配置为选择性地将与每个通道相关联的已调制的光信号耦合至与通道相关联的光电二极管。
[0047]
2.根据示例1的pic，其中多个波长至少包括四个波长，并且其中已调制的光信号
在第一复用级和第二复用级中被复用，第一复用级包括第一复用器和第二复用器，第一复用器被配置为跨多个波长的第一子集将已调制的光信号复用为第一复用的光信号，第二复用器被配置为跨多个波长的第二子集将已调制的光信号复用为第二复用的光信号，并且第二复用级被配置为将第一复用的信号和第二复用的信号复用为光传输器输出信号。
[0048]
3.根据示例2的pic，其中第二复用级由光输出耦合器实现。
[0049]
4.根据示例2或者示例3的pic，其中每个通道中的光由与通道相关联的光调制器调制，光调制器沿着第一列被布置，按照波长被分组，光传输器电路系统还包括将第一复用级的第一复用器和第二复用器耦合至光调制器的波导、和将第一复用级的第一复用器和第二复用器耦合至第二复用级的波导。
[0050]
5.根据示例4的pic，其中第一光复用器和第二光复用器被布置在第二列中，并且其中波导仅在第一列和第二列之间交叉。
[0051]
6.根据示例5的pic，其中第一光复用器和第二光复用器沿着第二列交替。
[0052]
7.根据示例5或者示例6的pic，其中多个波长由n
λ
个波长组成，并且通道由m个通道组成，并且其中对于通道中的每个通道，与通道相关联的波导交叉的数量不超过
[0053]
8.根据示例4的pic，其中第一光复用器和第二光复用器被布置在第二列中，各自沿着第二列被分组在一起。
[0054]
9.根据示例8的pic，其中多个波长由n
λ
个波长组成，并且通道由m个通道组成，并且其中对于通道中的每个通道，与通道相关联的波导交叉的数量不超过
[0055]
10.根据示例4的pic，其中第一复用器被布置在第一行中，并且第二复用器被布置在第二行中。
[0056]
11.根据示例10的pic，其中将第一复用级的第一复用器和第二复用器耦合至光调制器的波导分别关于第一行和第二行形成嵌套的波导集合。
[0057]
12.根据示例11的pic，其中将第一复用级的第一复用器和第二复用器耦合至第二复用级的波导被配置成关于行之间的轴线对称并且平行于行。
[0058]
13.根据示例12的pic，其中多个波长由n
λ
个波长组成，并且通道由m个通道组成，并且其中对于通道中的每个通道，与通道相关联的波导交叉的数量不超过
[0059]
14.根据示例11的pic，其中将第一复用级的第一复用器和第二复用器耦合至第二复用级的波导被配置成关于行之间的轴线非对称并且平行于行。
[0060]
15.根据示例14的pic，其中多个波长由n
λ
个波长组成，并且通道由m个通道组成，并且其中对于通道中的每个通道，与通道相关联的波导交叉的数量不超过
[0061]
16.根据示例1至15中任一项的pic，其中器件层包括被形成在第一硅波导层上的iii-v半导体结构。
[0062]
17.一种用于制造包括传输器电路系统和环回电路系统的光收发器的方法，该方法包括：将绝缘体上硅衬底的硅层图案化以在其中形成环回电路系统；将涂覆有介电层的硅衬底与介电层一起向下键合到经图案化的硅层上；沿着注入的缺陷的层阻断硅衬底以在
介电层的顶部上产生第二硅层；将第二硅层图案化以形成传输器电路系统的无源器件结构；以及将一个或多个iii-v裸片键合至经图案化的第二硅层，并且将所键合的iii-v图案化以形成传输器电路系统的有源器件结构。
[0063]
18.一种光子集成电路(pic)，包括：包括第一硅波导层的器件层；通过介电层与第一硅波导层隔开的第二硅波导层；光传输器电路系统，被形成在器件层中，包括被配置为以四个相应波长发出光的四个激光器，光传输器电路系统被配置为在四个通道之间使来自激光器中的每个激光器的光分开以形成十六个通道，光学地调制十六个通道中的每个通道中的光以生成与相应通道相关联的已调制的光信号，并且跨四个波长复用已调制的光信号以生成四个光传输器输出信号；以及，光环回电路系统，被形成在第二硅波导层中，被光学地耦合至光传输器电路系统，并且被配置为选择性地将与每个通道相关联的已调制的光信号耦合至与通道相关联的光电二极管。
[0064]
19.根据示例18的pic，其中传输器电路系统还包括：光调制器，沿着列被布置以生成已调制的光信号；第一复用级，包括四个第一复用器和四个第二复用器，该四个第一复用器沿着第一行被布置并且被配置为将与四个波长中的两个波长相关联的已调制的光信号复用为第一复用的光信号，该四个第二复用器沿着第二行被布置并且被配置为将与四个波长中的另外两个波长相关联的已调制的光信号复用为第二复用的光信号；第二复用级，被配置为将第一复用的光信号和第二复用的光信号复用为光传输器输出信号；第一波导，将第一复用器和第二复用器耦合至光调制器，该第一波导关于第一行和第二行形成嵌套的波导集合；以及第二波导，将第一复用器和第二复用器耦合至第二复用级，该第二波导被配置成关于行之间的轴线非对称并且平行于行。
[0065]
20.根据示例19的pic，其中对于通道中的每个通道，与通道相关联的波导交叉的数量不超过四个。
[0066]
虽然已经参照具体示例实施例描述了本发明主题，但是将明显的是，在不脱离本发明主题的更广泛的范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。因此，本说明书和附图应该被认为是说明性的而不是限制性的。