一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器制造技术

技术编号:19008583 阅读:44 留言:0更新日期:2018-09-22 08:33
本发明专利技术涉及一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器,包括光子晶体多模干涉耦合分波模块、光子晶体平板波导调相模块和光子晶体多模干涉耦合合波模块,光子晶体多模干涉耦合分波与光子晶体平板波导调相模块通过纳米线波导连接,光子晶体多模干涉耦合合波模块与光子晶体平板波导调相模块通过纳米线波导连接;光子晶体多模干涉耦合分波模块和光子晶体多模干涉耦合合波模块均包括光子晶体多模干涉耦合器,光子晶体平板波导调相模块包括光子晶体平板波导,光子晶体多模干涉耦合器内设有多模干涉耦合区。本发明专利技术中的调制器具有传输速度快,调制带宽高的特性,尺寸小,且易于高度集成互连,具有重要的实用价值。

A Maher Zeng Del modulator based on photonic crystal and nanowire waveguide

The invention relates to a Mach-Zehnder modulator based on photonic crystal and nanowire waveguide, which comprises a photonic crystal multimode interference coupling wave-splitting module, a photonic crystal planar waveguide phase-modulating module, a photonic crystal multimode interference coupling wave-splitting module, and a photonic crystal planar waveguide phase-modulating mode. The block is connected by the nanowire waveguide, and the photonic crystal multimode interference coupling combined wave module and the photonic crystal planar waveguide phase modulation module are connected by the nanowire waveguide. The phase modulation module comprises a photonic crystal planar waveguide, and a multimode interference coupling region is arranged in the photonic crystal multimode interference coupler. The modulator in the invention has the characteristics of fast transmission speed, high modulation bandwidth, small size, and easy to highly integrated interconnection, and has important practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器
本专利技术涉及一种调制器,尤其涉及一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器。
技术介绍
随着科技进步,经济发展,人类已经进入了信息化社会。光信息处理技术由于其传输带宽大、损耗低等优势。成为应对现代通信技术发展需求的新宠。其中,光子集成芯片作为信息处理的集成芯片是人们研究的重中之重,为了达到高度集成互连,将光子器件尺寸降至微纳数量级十分关键。因此,人们将视角转向了光子晶体。作为一种全新的人工微结构材料,具有许多突出的优点,如光子带隙、慢光效应、光子局域、自准直效应等等,使得设计具有更高集成度和更好性能的光通信器件成为可能,适应了当今光通信的发展带来的集成度越来越高的要求。光子晶体从根本上解决了微纳光器件控光的难题,使得基于光子晶体的光子晶体平板波导、滤波器、调制器、分束器等具有广泛的应用前景。其中,调制器是光信传输和处理系统的核心器件之一,应用范围广阔。为了达到现代信息技术、光集成互连系统以及光通信的发展需求,研究具有传输速度快、传输带宽高和处理速度快等特性的超密集型微纳数量级的电光调制器尤为必要,而光子晶体材料使这一目标成为可能。将光子晶体引入光器件早已成为热点,现在已经研究制作出各种各样的完全基于光子晶体的器件,这些器件普遍具有较高的性能,且便于光子晶体芯片的集成。因此设计一款完全基于光子晶体芯片的超小型马赫曾德尔型调制器是可行的,同时也是十分有意义的,其优势在于,这种调制器将以超小的尺寸和优良的特性易于在集成电路中推广使用。目前已经有相当多的文献对基于光子晶体的马赫曾德尔型调制器进行研究。但绝大部分在分束器、合束器上采用的是普通波导,例如Y型波导结构,缺点是会导致器件尺寸很大,且波导与光子晶体平板波导级联时连接处的模式不匹配造成了严重的损耗。也有采用光子晶体Y型、T型线缺陷结构进行分束合束,但缺点是损耗较高。
技术实现思路
本专利技术为了适应高度集成通信系统的发展,提出了一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器,其具有传输速度快,调制带宽高的特性,尺寸小,且易于高度集成互连,具有重要的实用价值。本专利创造性地将光子晶体多模干涉耦合器引入,与纳米线波导和光子晶体平板波导相结合,并在纳米线波导与光子晶体的级联处做了拉锥结构的优化,器件尺寸小,结构紧凑,大大减小了调制器的插入损耗,消光比也得到了很大的改善。本专利技术所采取的技术方案为:一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器,包括光子晶体多模干涉耦合分波模块、光子晶体平板波导调相模块和光子晶体多模干涉耦合合波模块,所述光子晶体多模干涉耦合分波与所述光子晶体平板波导调相模块通过纳米线波导连接,所述光子晶体多模干涉耦合合波模块与所述光子晶体平板波导调相模块通过纳米线波导连接;所述光子晶体多模干涉耦合分波模块和所述光子晶体多模干涉耦合合波模块均包括光子晶体多模干涉耦合器,所述光子晶体平板波导调相模块包括光子晶体平板波导,所述光子晶体多模干涉耦合器和所述光子晶体平板波导是沿X-Y平面周期性分布的空气孔型光子晶体平板结构,所述光子晶体多模干涉耦合器内设有多模干涉耦合区。进一步的,所述多模干涉偶合区为光子晶体平板中间移除若干个空气孔形成。进一步的,所述多模干涉耦合区是通过在一块二维三角晶格光子晶体平板中间移除5×7个空气孔构成。进一步的,所述多模干涉耦合区长度为3.31μm。进一步的,所述光子晶体多模干涉耦合器为二维三角晶格光子晶体多模干涉耦合器,所述光子晶体平板波导为二维三角晶格光子晶体平板波导,空气孔型光子晶体平板的基质材料为硅。进一步的,所述二维三角晶格光子晶体多模干涉耦合器和二维三角晶格光子晶体平板波导的晶格常数a1=420nm,空气孔半径r1=0.286a1。进一步的,在所述纳米线波导与光子晶体多模干涉耦合器接触段和所述纳米线波导与光子晶体平板波导接触段均设有光子晶体拉锥区,所述光子晶体拉锥区内置于光子晶体线缺陷两侧的空气孔形成一个锥形结构。进一步的,所述光子晶体拉锥区是通过移除所述接触段的最外层两个空气孔,并将后续光子晶体线缺陷两侧空气孔半径按照1:2:3的比例设置,使光子晶体平板波导的输入端以及输出端形成一个锥形结构。进一步的,光子晶体平板波导宽度为W1=sqrt(3)/2×a1,纳米线波导宽度为W2=2W1+2r1。进一步的,所述光子晶体多模干涉耦合器、光子晶体平板波导和纳米线波导的厚度均为220nm,衬底硅的厚度为2μm。该调制器的调制方法是:当一束光从端口1输入到光子晶体多模干涉耦合器a中,分束后分别输入到两个光子晶体平板波导中,两电极间的光子晶体平板波导作为调相臂,在两端调制电压作用下使其折射率发生变化,从而引起通过的光波相位的变化,而另一块光子晶体平板波导作为参考臂,从中通过的光波不受调制电压的影响,两束光最终在光子晶体多模干涉耦合器中相汇,并从输出端口端口2输出。若两光束相位差为π,则两光相消,出现“断”状态,若两光束相位差为0,则两光相加,出现“通”状态,通过控制光波的通、断,实现把信号加载到光波上。本专利技术所产生的有益效果包括:本专利技术提出了一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔调制器,将二维三角晶格光子晶体多模干涉耦合器引入光子晶体马赫曾德尔型调制器的构成方式,它区别于常见的光子晶体马赫曾德尔型调制器结构,将两个二维三角晶格光子晶体多模干涉耦合器作为分波以及合波器的调制器结构,可以使调制器的整体尺寸大大减小,降低插入损耗。二维三角晶格光子晶体多模干涉耦合器和二维三角晶格光子晶体平板波导与纳米线波导连接处的拉锥优化方式,区别于未进行拉锥优化纳米线波导,可以使模式匹配造成的损耗更小。本专利技术中的调制器在减小调制器尺寸同时降低调制器的插入损耗。引入拉锥结构优化纳米线波导与光子晶体平板波导之间的模式失配,插入损耗低至0.9dB,消光比为14dB,调至性能良好,可以适应光信息传输与处理系统发展的需要。附图说明图1为本专利技术提出的基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔调制器结构图;图2(a)为波长为1.55μm的光束从输入端口输入后“通”状态的稳态场分布图。图2(b)为波长为1.55μm的光束从输入端口输入后“断”状态的稳态场分布图。图3在1.5μm到1.6μm的工作波长下,调制器“断”状态的透射谱;图中:1、第一二维三角晶格光子晶体多模干涉耦合器,2、多模干涉耦合区,3、纳米线波导,4、二维三角晶格光子晶体平板波导,5、光子晶体拉锥区,6、第二二维三角晶格光子晶体多模干涉耦合器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的解释说明,但应当理解为本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。如图1所示,本专利技术涉及一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器主要包括依次连接的光子晶体多模干涉耦合分波模块、光子晶体平板波导调相模块和光子晶体多模干涉耦合合波模块三个部分,光子晶体多模干涉耦合分波模块包括第一二维三角晶格光子晶体多模干涉耦合器1,光子晶体多模干涉耦合合波模块包括第二二维三角晶格光子晶体多模干涉耦合器6,光子晶体平板波导调相模块为二维三角晶格光子晶体平板波导4,第一二维三角晶格光子晶体多模干涉耦合器1与二维三角晶格光子晶体平板波导4之间通过纳米线波导3连接,第本文档来自技高网
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一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器

【技术保护点】
1.一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器,其特征在于:包括光子晶体多模干涉耦合分波模块、光子晶体平板波导调相模块和光子晶体多模干涉耦合合波模块,所述光子晶体多模干涉耦合分波与所述光子晶体平板波导调相模块通过纳米线波导连接,所述光子晶体多模干涉耦合合波模块与所述光子晶体平板波导调相模块通过纳米线波导连接;所述光子晶体多模干涉耦合分波模块和所述光子晶体多模干涉耦合合波模块均包括光子晶体多模干涉耦合器,所述光子晶体平板波导调相模块包括光子晶体平板波导,所述光子晶体多模干涉耦合器和所述光子晶体平板波导是沿X‑Y平面周期性分布的空气孔型光子晶体平板结构,所述光子晶体多模干涉耦合器内设有多模干涉耦合区。

【技术特征摘要】
1.一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器,其特征在于:包括光子晶体多模干涉耦合分波模块、光子晶体平板波导调相模块和光子晶体多模干涉耦合合波模块,所述光子晶体多模干涉耦合分波与所述光子晶体平板波导调相模块通过纳米线波导连接,所述光子晶体多模干涉耦合合波模块与所述光子晶体平板波导调相模块通过纳米线波导连接;所述光子晶体多模干涉耦合分波模块和所述光子晶体多模干涉耦合合波模块均包括光子晶体多模干涉耦合器,所述光子晶体平板波导调相模块包括光子晶体平板波导,所述光子晶体多模干涉耦合器和所述光子晶体平板波导是沿X-Y平面周期性分布的空气孔型光子晶体平板结构,所述光子晶体多模干涉耦合器内设有多模干涉耦合区。2.根据权利要求1所述的基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器,其特征在于:所述多模干涉偶合区为光子晶体平板中间移除若干个空气孔形成。3.根据权利要求2所述的基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器,其特征在于:所述多模干涉耦合区是通过在一块二维三角晶格光子晶体平板中间移除5×7个空气孔构成。4.根据权利要求3所述的基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器,其特征在于:所述多模干涉耦合区长度为3.31μm。5.根据权利要求1所述的基于光子晶体和纳米线波导的马赫曾德尔型调制器,其特征在于:所述光子晶体多模干涉耦合器为二维三角晶格光子晶体多模干涉耦...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈鹤鸣胡宇宸庄煜阳季珂
申请(专利权)人:南京邮电大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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