一种基于模式-波长混合复用的发射模块制造技术

本发明专利技术公开了一种基于模式-波长混合复用的发射模块。节点单元阵列中的各个节点单元均具有四个端口，四个端口分别为用于接收未调制光的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；相邻的节点单元之间通过各自相对应的端口连接形成N×M阵列排布；位于节点单元阵列边缘的一行节点单元的第一端口分别与激光器阵列的N个激光器单元的输出端各自相连；位于节点单元阵列边缘的一列节点单元的第四端口分别与M通道模式复用器的M个输入端各自相连；M通道模式复用器的输出端与输出多模波导相连。本发明专利技术具有小尺寸、高性能的优点，波导交叉少，实现了模式复用-波分复用的混合技术。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模式-波长混合复用的发射模块
本专利技术涉及一种平面光波导集成器件，尤其是涉及一种基于模式-波长混合复用的发射模块。
技术介绍
众所周知，长距离光通信已经取得巨大成功。同样地，光互连作为一种新的互联方式，可克服传统电互联存在的瓶颈问题，引起了广泛关注。自1984年J.W.Goodman提出在VLSI中采用光互连方案以来，光互连研究已取得了巨大进展。当前光互连不断向超短距离互联推进，其通信容量需求日益增长。针对光互连系统数据传输量大的特点，最直接的方法是借用长距离光纤通信系统中常用的波分复用(WDM)技术。然而，由于激光器阵列成本及系统复杂度等因素的限制，密集波分复用系统的可用通道数日趋饱和。因此，亟需发展新的复用技术，从而进一步增加信号传输信道。模式复用技术是最近几年重新受到重视的复用技术，其基本原理是利用多模光纤或多模波导中的多个正交模式分别携带信号进行多通道数据传输，其核心器件是模式(解)复用器。在过去几年已经研制了一些新兴模式复用-解复用器件。例如，文献【MaximGreenberg等，“Simultaneousdualmodeadd/dropmultiplexersforopticalinterconnectsbuses，”OpticsCommunications266(2006)527–531】设计了一种基于功率渐变(adiabaticpowertransfer)原理的单偏振的双模插分复用器，但其设计复杂，不易于拓展；文献【S.Bagheri,andWilliamM.J.Green“Silicon-on-insulatormode-selectiveadd-dropunitforon-chipmode-divisionmultiplexing,”6thIEEEInternationalConferenceonGroupIVPhotonics,2009(GFP'09),Page(s):166-168,9-11Sept.2009】给出了一种基于多级模式耦合的双模插分复用器，但仅实现了基模和第一高阶模的复用，其结构复杂、设计不便、器件尺寸大、且不易于扩展；文献【DaoxinDai,JianWang,andYaochengShi,"Siliconmode(de)multiplexerenablinghighcapacityphotonicnetworks-on-chipwithasingle-wavelength-carrierlight,"Opt.Lett.38,1422-1424(2013)】给出一种基于级联非对称耦合器结构的多通道模式复用器件；文献【J.Wang,S.He,andD.Dai.On-chipsilicon8-channelhybrid(de)multiplexerenablingsimultaneousmode-andpolarization-division-multiplexing.Laser&PhotonicsReviews.8(2):L18–L22,2014】给出一种8通道的双偏振模式复用器件。值得注意的是，这些研究还只是关注模式复用-解复用器件本身。为了获得更多通道从而真正提升通信容量，应将模式复用与波分复用相结合，而其关键器件则是新型的混合复用-解复用器。比较直接的方式是直接将模式复用器件与多个波分复用器件(如阵列波导光栅)相结合，但将这种混合复用器与激光器阵列、光调制器阵列集成构成发射模块时，存在波导交叉过多、器件尺寸过大的问题。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术目的在于提供一种基于模式-波长混合复用的发射模块。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术包括具有N个呈直线排布的激光器单元的激光器阵列、呈N×M阵列排布的总数为N×M个的节点单元阵列、具有M个输入端的M通道模式复用器以及输出多模波导；节点单元阵列中的各个节点单元均具有四个端口，四个端口分别为用于接收未调制光的第一端口、用于接收一路或多路复用的调制光信号的第二端口、用于输出未调制光的第三端口和用于输出一路或多路复用的调制光信号的第四端口；相邻的节点单元之间通过各自相对应的端口连接形成N×M阵列排布，共M行N列；位于节点单元阵列边缘的一行节点单元的第一端口分别与激光器阵列的N个激光器单元的输出端各自相连，且该行节点单元的的第一端口未与其他节点单元相连；位于节点单元阵列边缘的一列节点单元的第四端口分别与M通道模式复用器的M个输入端各自相连，且该行节点单元的的第四端口未与其他节点单元相连；M通道模式复用器的输出端与输出多模波导相连。所述的节点单元的四个端口分别位于上、下、左、右的四面方向，节点单元的四个端口分别为下端口、左端口、上端口、右端口；相邻的节点单元之间通过各自相正对的端口连接形成N×M阵列排布；位于底行的N个节点单元的下端口分别与激光器阵列的N个激光器单元的输出端各自相连，位于最右列的N个节点单元的右端口分别与M通道模式复用器的M个输入端各自相连，M通道模式复用器的输出端与输出多模波导相连。所述的每个节点单元均包含一个1×2功分器、第一2×2功分器、第二2×2功分器、第一连接波导、第二连接波导、第三连接波导、第四连接波导、第五连接波导、第六连接波导、第七连接波导、光调制波导和第八连接波导；1×2功分器的输入端与第八连接波导的一端相连，第八连接波导的另一端作为下端口；1×2功分器的一个输出端与第一连接波导的一端相连，1×2功分器另一个输出端通过第四连接波导与第一2×2功分器的一个输入端相连，第一2×2功分器的另一个输入端通过第六连接波导与光调制波导的一端相连；光调制波导的另一端通过第七连接波导与第二2×2功分器的一个输出端相连，第二2×2功分器的另一个输出端与第三连接波导的一端相连；第二2×2功分器的一个输入端与第二连接波导的一端连接，第二2×2功分器的另一个输入端通过第五连接波导与第一2×2功分器的一个输出端相连；第一连接波导与第二连接波导交叉，第一连接波导、第二连接波导的另一端各自延伸并分别作为上端口、左端口；第三连接波导的另一端延伸作为下端口。所述的1×2功分器具有非均匀功率分配比例，位于节点单元阵列中同一行的所有节点单元的1×2功分器具有同样的功率分配比例，位于同列的各个节点单元中的1×2功分器各自具有不同的功率分配比例；对于节点单元阵列中同列的各个节点单元，各个1×2功分器的另一个输出端的输出功率为1×2功分器输入端的入射总功率的1/(M+1-m)，m为同一列中节点单元的序数，M为一列中节点单元的总数，m＝1,…,M。所述的节点单元中的第一2×2功分器、第五连接波导、第二2×2功分器、第七连接波导、光调制波导和第六连接波导依次相连构成环形腔；位于同列的节点单元中构成的环形腔具有相同的谐振波长，位于同行的节点单元中构成的环形腔各自具有不同的谐振波长，各个谐振波长组成了均匀间隔递增或者递减的波长序列。所述的输出多模波导支持至少M个模式。所述光调制波导为利用电信号调制光场振幅或位相的区域。所述的光调制波导为载流子浓度可调控的PN结区波导或者是覆盖有石墨烯的波导；载流子浓度可调控的PN结区波导为载流子注入型、载流子耗尽型或者载流子电荷累积型。所述的1×2功分器、第一2×2功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模式‑波长混合复用的发射模块，其特征在于：包括具有N个呈直线排布的激光器单元的激光器阵列（1）、呈N×M阵列排布的总数为N×M个的节点单元阵列、具有M个输入端的M通道模式复用器（4）以及输出多模波导（5）；节点单元阵列中的各个节点单元均具有四个端口，四个端口分别为用于接收未调制光的第一端口、用于接收一路或多路复用的调制光信号的第二端口、用于输出未调制光的第三端口和用于输出一路或多路复用的调制光信号的第四端口；相邻的节点单元之间通过各自相对应的端口连接形成N×M阵列排布，共M行N列；位于节点单元阵列边缘的一行节点单元的第一端口分别与激光器阵列（1）的N个激光器单元的输出端各自相连，且该行节点单元的的第一端口未与其他节点单元相连；位于节点单元阵列边缘的一列节点单元的第四端口分别与M通道模式复用器（4）的M个输入端各自相连，且该行节点单元的的第四端口未与其他节点单元相连；M通道模式复用器（4）的输出端与输出多模波导（5）相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于模式-波长混合复用的发射模块，其特征在于：包括具有N个呈直线排布的激光器单元的激光器阵列（1）、呈N×M阵列排布的总数为N×M个的节点单元阵列、具有M个输入端的M通道模式复用器（4）以及输出多模波导（5）；节点单元阵列中的各个节点单元均具有四个端口，四个端口分别为用于接收未调制光的第一端口、用于接收一路或多路复用的调制光信号的第二端口、用于输出未调制光的第三端口和用于输出一路或多路复用的调制光信号的第四端口；相邻的节点单元之间通过各自相对应的端口连接形成N×M阵列排布，共M行N列；位于节点单元阵列边缘的一行节点单元的第一端口分别与激光器阵列（1）的N个激光器单元的输出端各自相连，且该行节点单元的的第一端口未与其他节点单元相连；位于节点单元阵列边缘的一列节点单元的第四端口分别与M通道模式复用器（4）的M个输入端各自相连，且该行节点单元的的第四端口未与其他节点单元相连；M通道模式复用器（4）的输出端与输出多模波导（5）相连；所述的节点单元的四个端口分别位于上、下、左、右的四面方向，节点单元的四个端口分别为下端口、左端口、上端口、右端口；相邻的节点单元之间通过各自相正对的端口连接形成N×M阵列排布；位于底行的N个节点单元的下端口分别与激光器阵列（1）的N个激光器单元的输出端各自相连，位于最右列的N个节点单元的右端口分别与M通道模式复用器（4）的M个输入端各自相连，M通道模式复用器（4）的输出端与输出多模波导（5）相连；所述的每个节点单元均包含一个1×2功分器、第一2×2功分器、第二2×2功分器、第一连接波导、第二连接波导、第三连接波导、第四连接波导、第五连接波导、第六连接波导、第七连接波导、光调制波导和第八连接波导；1×2功分器的输入端与第八连接波导的一端相连，第八连接波导的另一端作为下端口；1×2功分器的一个输出端与第一连接波导的一端相连，1×2功分器另一个输出端通过第四连接波导与第一2×2功分器的一个输入端相连，第一2×2功分器的另一个输入端通过第六连接波导与光调制波导的一端相连；光调制波导的另一端通过第七连接波导与第二2×2功分器的一个输出端相连，第二2×2功分器的另一个输出端与第三连接波导的一端相连；第二2×2功分器的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴道锌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33