全球互联网正以每年24%的复合速度增长，到2021年将达到每年3.3 zb字节。高速光通信在这个不断连接的世界中是迫切需要的，为了跟上这种增长，光模块的制造的发展是迫切需要的。复旦大学电子工程系博士研究生刘晓研究了集成构成光模块的电子电路和光子器件的新方法。他将于2020年12月1日完成博士论文答辩。

光收发器的电子和光子元件通常是用不同的技术制造，然后集成或打包在一起。随着光通信系统的发展，对速度的要求越来越高，对成本和功耗的要求越来越低，这种封装已经成为影响电子-光子组合系统性能的重要瓶颈。需要新的小尺寸封装技术，在不影响光模块性能或增加功耗的情况下进行封装。

刘研究了电子电路和系统方法，开发了一种新的三维光电子片尺度集成技术。在这种新的集成技术中，光子晶片是通过粘接聚合物粘接技术粘接在电子晶片的顶部。然后通过聚合物建立电连接。

从交流到直流

刘的第一步是为高速光调制器驱动器开发一种新的设计方法。通常，放大器的设计以频域参数为目标，如带宽、群时延变化、线性度等。但驱动器的规格一般在时域描述，如数据速率、眼图等。Liu提出的方法论集中在两个领域之间的联系上。然后，他使用不同的电路设计技术来改善频域规格，以实现高数据率和高质量的眼图在时域。这种提出的方法导致实现了一个分布式驱动程序，实现了最先进的56 Gbaud PAM4 (112 Gb/s)传输。

刘的第二个研究课题是三维晶圆尺度集成中的驱动-调制器接口。目前，大多数光子调制器需要直流偏压才能在最佳状态下工作。这被称为交流耦合方案，它很容易通过线键和外部表面安装组件实现。然而，向3-D晶圆规模集成的发展使得外部组件成为不可能:驱动-调制器接口位于模块内部。因此，需要一个直流耦合方案，它是直接连接驱动器的输出和光调制器的输入。Liu提出了两种新的直流耦合驱动方案;一个有助于提高马赫-曾德尔调制器(MZM)发射机的紧凑性，一个用于解释MZM的不同调制格式和制造公差。

该方法和三维电子-光子晶片集成技术为光通信的发展提供了广阔的前景。