全球網際網路正以每年24%的複合速度增長，到2021年將達到每年3.3 zb位元組。高速光通訊在這個不斷連線的世界中是迫切需要的，為了跟上這種增長，光模組的製造的發展是迫切需要的。復旦大學電子工程系博士研究生劉曉研究了整合構成光模組的電子電路和光子器件的新方法。他將於2020年12月1日完成博士論文答辯。

光收發器的電子和光子元件通常是用不同的技術製造，然後整合或打包在一起。隨著光通訊系統的發展，對速度的要求越來越高，對成本和功耗的要求越來越低，這種封裝已經成為影響電子-光子組合系統性能的重要瓶頸。需要新的小尺寸封裝技術，在不影響光模組效能或增加功耗的情況下進行封裝。

劉研究了電子電路和系統方法，開發了一種新的三維光電子片尺度整合技術。在這種新的整合技術中，光子晶片是透過粘接聚合物粘接技術粘接在電子晶片的頂部。然後透過聚合物建立電連線。

從交流到直流

劉的第一步是為高速光調製器驅動器開發一種新的設計方法。通常，放大器的設計以頻域引數為目標，如頻寬、群時延變化、線性度等。但驅動器的規格一般在時域描述，如資料速率、眼圖等。Liu提出的方法論集中在兩個領域之間的聯絡上。然後，他使用不同的電路設計技術來改善頻域規格，以實現高資料率和高質量的眼圖在時域。這種提出的方法導致實現了一個分散式驅動程式，實現了最先進的56 Gbaud PAM4 (112 Gb/s)傳輸。

劉的第二個研究課題是三維晶圓尺度整合中的驅動-調製器介面。目前，大多數光子調製器需要直流偏壓才能在最佳狀態下工作。這被稱為交流耦合方案，它很容易透過線鍵和外部表面安裝元件實現。然而，向3-D晶圓規模整合的發展使得外部元件成為不可能:驅動-調製器介面位於模組內部。因此，需要一個直流耦合方案，它是直接連線驅動器的輸出和光調製器的輸入。Liu提出了兩種新的直流耦合驅動方案;一個有助於提高馬赫-曾德爾調製器(MZM)發射機的緊湊性，一個用於解釋MZM的不同調制格式和製造公差。

該方法和三維電子-光子晶片整合技術為光通訊的發展提供了廣闊的前景。