一种激光冗余的光电集成电路

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种激光冗余的光电集成电路。

背景技术

随着人们对信息传输、处理速度要求的不断提高和多核计算时代的来临，基于金属的电互连将会由于过热、延迟、电子干扰等缺陷成为发展瓶颈。而采用光互连来取代电互连，可以有效解决这一难题。在光互连的具体实施方案中，硅基光互连以其无可比拟的成本和技术优势成为首选。硅基光互连既能发挥光互连速度快、带宽大、抗干扰、功耗低等优点，又能充分利用微电子标准互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)工艺成熟、高密度集成、高成品率、成本低廉等优势，其发展必将推动新一代高性能计算机、数据通信系统的发展，有着广阔的市场应用前景。

一个典型的光电集成电路(PIC，photonics integrated circuit) 由激光器、调制器和探测器(PD，photo detector)等元器件组成。例如：基于III-V族材料的光电集成电路里，激光器是单片集成的；基于硅基的光电集成电路里，激光器是利用倒装焊集成的，或者在硅上直接键合/外延 III-V族材料来制作激光。

光电集成电路的所有元器件中，由于激光器需要在高电流和高温下工作很多年，使得激光器的可靠性最差，使得需要激光的光电集成电路的可靠性较差。

发明内容

本发明要解决的是现有技术中光电集成电路可靠性较差的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种激光冗余的光电集成电路，其包括激光器和多模干涉器；

该激光器的数量为N个，该N为大于等于2的整数；

该多模干涉器包括输入端和至少两个输出端，该输入端的数量为M个，该M为大于等于N的整数；

该N个激光器与该M个输入端中的N个输入端一一对应波导连接；

该多模干涉器用于当该N个激光器中存在L个激光器故障时，将剩余 N-L个非故障的激光器确定为目标激光器，并利用该目标激光器对应的N-L 个输入端接收该目标激光器产生的光，并将接收到的该光均等分配到该至少两个输出端，L为小于N的自然数。

可选地，该N为2，该激光器包括第一激光器和第二激光器；

该M为2，该输入端包括第一输入端和第二输入端；

该多模干涉器还包括第一输出端和第二输出端；

该第一激光器与该第一输入端波导连接；

该第二激光器与该第二输入端波导连接；

该多模干涉器用于当该第一激光器存在故障时，利用该第二输入端接收该第二激光器产生的光，并将该第二激光器产生的光均等分配到该第一输出端和第二输出端。

可选地，该N为2，该激光器包括第一激光器和第二激光器；

该M为2，该输入端包括第一输入端和第二输入端；

该多模干涉器还包括第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端；

该第一激光器与该第一输入端波导连接；

该第二激光器与该第二输入端波导连接；

该多模干涉器用于当该第一激光器存在故障时，利用该第二输入端接收该第二激光器产生的光，并将该第二激光器产生的光均等分配到该第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端。

可选地，该N为3，该激光器包括第一激光器、第二激光器和第三激光器；

该M为3，该输入端包括第一输入端、第二输端和第三输入端；

该多模干涉器还包括第一输出端和第二输出端；

该第一激光器与该第一输入端波导连接；

该第二激光器与该第二输入端波导连接；

该第三激光器与该第三输入端波导连接；

该多模干涉器用于当该第一激光器存在故障时，利用该第二输入端和第三输入端分别接收该第二激光器和该第三激光器产生的光，并将该光均等分配到该第一输出端和第二输出端。

可选地，该波导为硅波导。

可选地，该波导的高度为0.1至5微米。

可选地，该波导的宽度为0.1至5微米。

可选地，还包括调制器；

该调制器的数量与该多模干涉器的输出端的数量相等；

该调制器与该多模干涉器的输出端一一对应波导连接。

可选地，还包括光模转换器；

该光模转换器的数量与该调制器的数量相等；

该光模转换器与该调制器一一对应波导连接。

可选地，还包括复用器；

该复用器与该调制器波导连接。

采用上述技术方案，本申请提供的激光冗余的光电集成电路具有如下有益效果：

本申请提供的激光冗余的光电集成电路包括多个激光器和多模干涉器，从而实现激光器的冗余，且多个激光器与多模干涉器的多个输入端是一一对应波导连接的，当工作的一个激光器故障时，多模干涉器会通过其他输入端去接收剩余未故障的激光器中的一个激光器的光，保证了该集成电路能够存在光波传输，提高了该光电集成电路的可靠性的同时，降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请激光冗余的光电集成电路的结构示意图；

图2为本申请一种可选地激光冗余的光电集成电路的结构示意图；

图3为本申请另一种可选地激光冗余的光电集成电路的结构示意图；

图4为本申请另一种可选地激光冗余的光电集成电路的结构示意图；

图5为本申请另一种可选地激光冗余的光电集成电路的结构示意图。

以下对附图作补充说明：

1-激光器；11-第一激光器；12-第二激光器；2-多模干涉器；3-调制器；4-光模转换器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

如图1所示，图1为本申请激光冗余的光电集成电路的结构示意图。本申请公开了一种激光冗余的光电集成电路，其包括激光器1和多模干涉器2；该激光器1的数量为N个，该N为大于等于2的整数；该多模干涉器 2包括输入端和至少两个输出端，该输入端的数量为M个，该M为大于等于 N的整数；该N个激光器1与该M个输入端中的N个输入端一一对应波导连接；该多模干涉器2用于当该N个激光器1中存在L个激光器1故障时，将剩余N-L个非故障的激光器1确定为目标激光器1，并利用该目标激光器 1对应的N-L个输入端接收该目标激光器1产生的光，并将接收到的该光均等分配到该至少两个输出端，L为小于N的自然数。从而使得本申请提供的光电集成电路具有可靠性高和成本低的优点。

在现有的一种应用场景中，使用的是光开关对多个激光器1进行控制，然而用光开关控制需要对光开关进行特殊控制，增加了光路的复杂性，并会显著增加光损耗和能量消耗。

而本申请提供的激光冗余的光电集成电路使用的是多模干涉器(MMI) 2，该多模干涉器是一种无源器件，不需要额外的控制器件去控制其的开关工作，对激光性能影响小，且降低了成本。

从图1可以看出，本申请提供的激光冗余的光电集成电路对N个激光器1进行控制的原理如下，当激光打开时，N个激光器1中的一个激光器A 的光均等分配到多模干涉器2的至少两个输出通道，N个激光器1中的每个激光器产生的光可以共享多个光通道，例如，如果该多模干涉器2具有2 个输出端，则一个激光器产生的光可以由两个光通道共享，如果该多模干涉器2具有M个输出端，则一个激光器1产生的光可以由M个光通道共享；当激光器A故障时，激光器A的电源关闭，选择N个激光器1中的其他非故障的一个激光器的电源打开，且与多模干涉器2对应的输入端接收该激光器1的光，并将该光均等分配到M个光通道，而不需要光路的重新配置。

在一种可选地实施方式中，如图2所示，图2为本申请一种可选地激光冗余的光电集成电路的结构示意图。该N为2，该激光器1包括第一激光器11和第二激光器12；该M为2，该输入端包括第一输入端和第二输入端；该多模干涉器2还包括第一输出端和第二输出端；该第一激光器11与该第一输入端波导连接；该第二激光器12与该第二输入端波导连接；该多模干涉器2用于当该第一激光器11存在故障时，利用该第二输入端接收该第二激光器12产生的光，并将该第二激光器12产生的光均等分配到该第一输出端和第二输出端。

在另一种可选地实施方式中，如图3所示，图3为本申请另一种可选地激光冗余的光电集成电路的结构示意图。该N为2，该激光器1包括第一激光器11和第二激光器12；该M为2，该输入端包括第一输入端和第二输入端；该多模干涉器2还包括第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端；该第一激光器11与该第一输入端波导连接；该第二激光器12与该第二输入端波导连接；该多模干涉器2用于当该第一激光器11存在故障时，利用该第二输入端接收该第二激光器12产生的光，并将该第二激光器12产生的光均等分配到该第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端。

在另一种可选地实施方式中，该N为3，该激光器1包括第一激光器 11、第二激光器12和第三激光器；该M为3，该输入端包括第一输入端、第二输端和第三输入端；该多模干涉器2还包括第一输出端和第二输出端；该第一激光器11与该第一输入端波导连接；该第二激光器12与该第二输入端波导连接；该第三激光器与该第三输入端波导连接；该多模干涉器2用于当该第一激光器11存在故障时，利用该第二输入端和第三输入端分别接收该第二激光器12和该第三激光器产生的光，并将该光均等分配到该第一输出端和第二输出端。

需要说明的是，该多模干涉器2的输入端还可以是4个、5个和6个等数量，该多模干涉器2的输出端还可以是4个、5个和6个等数量，优选地，多模干涉器2的输入端和输出端的数量均为偶数。

在一种可选地实施方式中，该波导为硅波导。

在一种可选地实施方式中，该波导的高度为0.1至5微米，可选地，该波导的高度为2.0-5.0微米或者2.8-3.2微米或者2.9-3.1微米。

在一种可选地实施方式中，该波导的宽度为0.1至5微米，可选地，该波导的宽度为2.0-5.0微米或者2.0-4.0微米。

在一种可选地实施方式中，当多模干涉器2的输出端的数量大于3个时，该激光器1为高倍率激光器1，且波导为大尺寸波导，即波导的宽度和高度均大于2微米，优选地，该光电集成电路为基于3微米厚度的硅基SOI 光电技术成型的，因此，形成的硅波导与激光器1产生的激光的光斑尺寸相当，与激光耦合损耗低，可以有效降低高功率激光在波导里的非线性效应。

在另一种可选地实施方式中，如图4所示，图4为本申请另一种可选地激光冗余的光电集成电路的结构示意图；该光电集成电路还包括调制器3；该调制器3的数量与该多模干涉器2的输出端的数量相等；该调制器3与该多模干涉器2的输出端一一对应波导连接，可应用于集成光接收器或者其他需要激光的光通讯产品中。

在另一种可选地实施方式中，如图5所示，图5为本申请另一种可选地激光冗余的光电集成电路的结构示意图；该光电集成电路还包括光模转换器4；该光模转换器4的数量与该调制器3的数量相等；该光模转换器4 与该调制器3一一对应波导连接，该光模转换器4用于与外部光纤连接，可应用于集成光接收器或者其他需要激光的光通讯产品中。

在另一种可选地实施方式中，该光电集成电路还包括复用器；该复用器与该调制器3波导连接，复用器用于复合从调制器3传输过来的多路不同波长的光。

以上所述仅为本申请可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。