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随着云计算、数据中心建设的飞速发展，人们对应用于数据中心互联的光发射和光接收模块提出了更高的要求，包括更快的传输速率、更低的每比特功耗、更便捷的封装流程以及更低的成本等，以适应商业大规模应用要求。 对于上述的各项需求，比较常用的方式是扩展单个信道载波波长数量来增加传输速率，即波分复用技术。对于封装方法，混合集成技术是现阶段可行性比较高的选择，因为与分立集成与单片集成方法相比，混合集成在组装复杂度、成本与集成度等方面均具有不错的表现。 对于多波长光接收模块，解复用器和光电转换元件是其核心器件。鉴于上述原因，本文选取硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)作为解复用器，选取面入射型探测器(PD)作为光电转换元件，原因是硅基二氧化硅材料损耗较低，与光纤适配度较高，技术较为成熟。另外阵列波导光栅是平面型波导器件，其通道扩展较易，且与CMOS工艺兼容，适于大规模批量生产;而面入射型PD在混合集成技术中占优势，易于组装，减少了耦合损耗与复杂度。本文具体的研究内容与成果如下: 1、利用薄膜模式匹配法计算了阵列波导光栅所用波导的宽度与有效折射率的关系，从而确定了波导的单模条件，以及多模条件下模式数量随波导宽度变化的具体关系。同时，也得到了设计AWG需要的平板波导、阵列波导的有效折射率和群折射率，为AWG的设计奠定了基础。 2、根据IEEE规定的数据中心传输所选用的波长，设计了8通道AWG解复用器，通道间隔800GHz。并且根据标准中各通道的波长范围，将AWG的输出波导由单模波导换成多模波导结构，若干模式互相叠加，使得光谱顶部展宽，实现了AWG的输出光谱平坦化，扩大了AWG对波长漂移的容忍度。制作了AWG版图并流片，得到的AWG芯片尺寸为10×12mm2，测试结果表明插入损耗为2.5dB～3dB，非相邻通道串扰小于-25dB，光谱顶部1-dB带宽约为3nm，实现了良好的光谱平坦化效果。 3、对于AWG与PD的混合集成，创新性地采用直接耦合方式，即将AWG芯片的端面磨抛一定角度，将AWG传输的光折射进PD的光敏面中，避免了使用额外的转向透镜或转向电极，减少了耦合复杂度和成本，利于商业大规模应用。利用时域有限差分法对转角进行了模拟，结果显示当选取角度为40°时，损耗约为0.65dB。利用有源耦合技术将AWG与PD耦合在一起，测试结果显示，其响应度为0.2A/W，线性度范围大于4mW，高频小信号的3dB带宽大于10GHz。开展的耦合容差实验结果表明，衰减3dB的耦合容差范围为±20μm，与所用光敏面的大小相当，容差范围较大，有望用于商业大规模应用场合。 4、通过进一步优化AWG设计以及PD阵列，制作并测试了四通道CWDM和LAN WDM ROSA。测试结果显示，ROSA的最大响应度为0.4A/W，单通道1-dB带宽分别为15nm和3nm，非相邻通道串扰小于-20dB，并且线性响应度达到了4mW。ROSA的小信号3-dB带宽达到了4×20GHz。