本發(fā)明涉及到光互連的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種單模垂直腔面發(fā)射激光器收發(fā)模塊及光信號傳播方法。

背景技術(shù)：
硅材料作為微電子領(lǐng)域的傳統(tǒng)材料，在加工工藝和制作成本上有著絕對的優(yōu)勢。基于硅材料的微電子集成工藝相當成熟。然而，微電子電路集成的發(fā)展受制于物理特性已經(jīng)發(fā)展到極限。電互連面臨金屬線互連延遲、功耗和帶寬的挑戰(zhàn)，難于滿足未來眾核片上系統(tǒng)全局的需求。與微電子電路相比，光子集成回路有很多優(yōu)勢，它具有帶寬大、功耗小、延遲小等特點。硅基光電集成有望突破電互連面臨的困境。近年來，硅基光電集成技術(shù)在光源、調(diào)制器、探測器等方面取得了一個又一個重大得出破，主要技術(shù)瓶頸已經(jīng)打破。硅基光電集成將成為集成領(lǐng)域未來的主流技術(shù)。硅基光收發(fā)模塊是硅基光電集成中的主要組件。目前，在眾多的光收發(fā)模塊中，基于VCSEL的收發(fā)模塊具有直接調(diào)制、功耗低、成本低、便于擴展大規(guī)模陣列等優(yōu)點，因而被廣泛地應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的VCSEL由于自身特點也面臨很多問題。常規(guī)的VCSEL為多模激光器，光斑尺寸比較大(50-100μm)，波長一般為850nm或980nm(小于1μm)。它這些特點限制了VCSEL收發(fā)模塊在硅基波導(dǎo)材料上的應(yīng)用。其多模特性使得它不能利用波分復(fù)用技術(shù)，也限制了傳輸帶寬的提高；較大的光斑尺寸使得整個模塊體積很大，限制互連密度的提高；另外，較大光斑尺寸和小的硅波導(dǎo)不匹配。此外，以SOI(SiliconOnInsulator，絕緣沉底上的硅)為主要材料的硅基光波導(dǎo)，其截面尺寸并非嚴格對稱，這造成了波導(dǎo)具有很強的偏振相關(guān)性，影響偏振敏感器件的應(yīng)用。比如，AWG(ArrayedWaveguideGrating，陣列波導(dǎo)光柵)和微環(huán)等器件在不同的偏振態(tài)下的測試光譜會有很大的區(qū)別。而且目前的大部分光模塊并沒有考慮到偏振敏感的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種單模垂直腔面發(fā)射激光器收發(fā)模塊及光信號傳播方法，用以實現(xiàn)光信號單模傳輸以及偏振分離，提高工作時的穩(wěn)定性。第一方面，提供了一種單模垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL收發(fā)模塊，該收發(fā)模塊包括：光波導(dǎo)層，設(shè)置于所述光波導(dǎo)層上的單模光子晶體VCSEL以及與所述單模光子晶體VCSEL對應(yīng)設(shè)置的探測器；其中，所述光波導(dǎo)層中，位于所述單模光子晶體VCSEL以及與其對應(yīng)的探測器下方的位置分別設(shè)置有垂直光柵耦合器，所述單模光子晶體VCSEL發(fā)射出的光信號經(jīng)過所述兩個垂直光柵耦合器改變傳播路徑后射入到與所述探測器內(nèi)。結(jié)合上述第一方面、在第一種可能的實現(xiàn)方式中，該收發(fā)模塊還包括光互連層，所述單模光子晶體VCSEL和所述探測器設(shè)置于所述光互連層同一側(cè)，所述光波導(dǎo)層設(shè)置于所述光互連層上背離所述探測器的一側(cè)。結(jié)合上述第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，所述單模光子晶體VCSEL和所述探測器分別鍵合在所述光互連層。結(jié)合上述第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第三種可能的實現(xiàn)方式中，所述光互連層為透明介質(zhì)材料層或二維垂直光子晶體波導(dǎo)。結(jié)合上述第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能的實現(xiàn)方式中，所述二維垂直光子晶體波導(dǎo)中，位于所述單模光子晶體VCSEL和所述探測器下方的部位分別設(shè)置有多個空氣孔。結(jié)合上述第一方面、第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式、第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式、第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式、第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式，在第五種可能的實現(xiàn)方式中，所述單模光子晶體VCSEL為單一偏振的單模光子晶體VCSEL，所述垂直光柵耦合器為一維單偏振垂直光柵耦合器，且所述一維單偏振垂直光柵耦合器的耦合角度為90°，所述一維單偏振垂直光柵耦合器的光偏振模式與所述單一偏振的單模光子晶體VCSEL的光偏振模式相匹配。結(jié)合上述第一方面的第五種可能實施方式，在第六種可能實施方式中，所述一維單偏振垂直光柵耦合器為斜刻光柵、閃耀光柵、啁啾光柵或非對稱光柵。結(jié)合上述第一方面的第五種可能實施方式，在第七種可能實施方式中，所述單一偏振的單模光子晶體VCSEL包括：n型歐姆接觸層，沿遠離n型歐姆接觸層的方向，依次設(shè)置的襯底、底層分布布拉格反射鏡DBR、有源層、氧化物層、頂層DBR；其中，所述頂層DBR刻蝕有二維光子晶體VCSEL以及p型歐姆接觸層，所述刻蝕的二維光子晶體VCSEL包括多個橢圓形孔。結(jié)合上述第一方面、第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式、第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式、第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式、第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式，在第八種可能的實現(xiàn)方式中，所述單模光子晶體VCSEL為非偏振模式的單模光子晶體VCSEL，所述垂直光柵耦合器為二維垂直光柵耦合器，且所述二維垂直光柵耦合器的耦合角度為90°。結(jié)合上述第一方面的第八種可能的實現(xiàn)方式，在第九中可能實現(xiàn)的方式中，所述非偏振模式的單模光子晶體VCSEL包括：n型歐姆接觸層，沿遠離n型歐姆接觸層的方向，依次設(shè)置的襯底、底層分布布拉格反射鏡DBR、有源層、氧化物層、頂層DBR；其中，所述頂層DBR刻蝕有二維光子晶體VCSEL以及p型歐姆接觸層，所述刻蝕的二維光子晶體VCSEL包括多個圓形孔。結(jié)合上述第一方面的第八種可能的實現(xiàn)方式，在第十種可能實現(xiàn)的方式中，所述二維垂直光柵耦合器為二維垂直啁啾光柵耦合器。第二方面，提供一種利用上述單模VCSEL收發(fā)模塊的光信號傳播方法，該方法包括：單模光子晶體VCSEL發(fā)射出光信號；位于單模光子晶體VCSEL下方的垂直光柵耦合器將單模光子晶體VCSEL發(fā)射出的信號耦合到光波導(dǎo)層中傳播；位于探測器下方的垂直光柵耦合器接收到光波導(dǎo)層中傳播的光信號，并將接收到的光信號耦合到探測器中。結(jié)合上述第二方面，在第一可能實現(xiàn)的方式中，所述單模光子晶體VCSEL發(fā)射出的光信號在進入到垂直光柵耦合器之前，通過光互連層傳播；所述經(jīng)位于探測器下方的垂直光柵耦合器改變傳播路徑后的光信號通過光互連層傳播至所述探測器。通過互連層傳播光信號。結(jié)合上述第二方面、第二方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，所述光信號為一維偏振光信號，所述垂直光柵耦合器為一維單偏振垂直光柵耦合器；或，所述光信號為與偏振無關(guān)的單模光信號，所述垂直光柵耦合器為二維垂直光柵耦合器。根據(jù)第一方面提供的單模垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL收發(fā)模塊、第二方面提供的提供一種利用上述單模VCSEL收發(fā)模塊的光信號傳播方法，上述收發(fā)模塊通過采用單模晶體VCSEL實現(xiàn)光信號的單模傳輸，并通過垂直光線耦合器的耦合作用，縮小了在光波導(dǎo)層中傳播的光信號的光斑的尺寸，使之能夠用于硅基材料波導(dǎo)中，提高了VCSEL收發(fā)模塊的互連帶寬和互連密度；同時，采用垂直光柵耦合器，可以實現(xiàn)偏振分離，提高光偏振敏感器件的工作穩(wěn)定性，解決硅基波導(dǎo)偏振敏感的問題。此外，采用光柵耦合器的耦合方式，容易耦合對準，降低對準精度要求。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例提供的單模VCSEL收發(fā)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的光互連層的端面示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的單一偏振的單模光子晶體VCSEL收發(fā)模塊的分解示意圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的單一偏振的單模光子晶體VCSEL的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的二維光子晶體VCSEL的端面視圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的單一偏振的單模光子晶體VCSEL發(fā)射的光信號的光譜圖；圖7a～圖7c為本發(fā)明實施例提供的一維單偏振垂直光柵耦合器的不同結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實施例提供的非偏振模式的單模光子晶體VCSEL收發(fā)模塊的分解示意圖；圖9為本發(fā)明實施例提供的單模VCSEL收發(fā)模塊的光信號傳播的流程圖；圖10為本發(fā)明實施例提供的單一偏振的單模光子晶體VCSEL的收發(fā)模塊的流程圖；圖11為本發(fā)明實施例提供的非偏振模式的單模光子晶...