点对称马赫-曾德尔干涉仪设备制造技术

本发明专利技术提供一种点对称马赫‑曾德尔干涉仪(PSMZI)设备100，包括：三个连续的路径时延段PDS)，作为两个外部PDS 102和一个中心PDS 101，每个PDS 101、102包括上波导臂103和下波导臂104。所述PSMZI设备100也包括四个非对称耦合器(AC)，每个AC 105包括上波导部106和下波导部107。每个PDS 101、102的每一侧都直接设置有一个AC 105，且所述上下波导部106、107分别耦合至所述上下波导臂103、104。此外，在所述PDS 101、102一侧的所述AC 105与所述PDS 101、102另一侧的所述AC 105点对称；设置在所述中心PDS 101一侧的所述两个AC 105和所述一个外部PDS 102一起与设置在所述中心PDS 101另一侧的所述两个AC 105和所述一个外部PDS 102点对称。

【技术实现步骤摘要】
点对称马赫-曾德尔干涉仪设备
本专利技术涉及一种点对称马赫-曾德尔干涉仪(Point-SymmetricMach-Zehnder-Interferometer，PSMZI)设备、一种包括PSMZI设备的波长双工器设备以及一种PSMZI设备的制作方法。
技术介绍
作为一种在电信、数据通讯、互联和传感中广泛应用的通用技术平台，硅光子学日益受到重视。硅光子学允许通过使用兼容CMOS的晶片级技术来实现低成本、优质硅衬底上的光子功能。然而，纯无源硅波导设备在插入损耗、相位噪声(导致信道串扰)和温度依存性方面的性能仍有限。这是由二氧化硅(silicondioxide，SiO2)包层和硅(silicon，Si)核心之间的高折射率对比度、不均匀的Si层厚度和硅的高热光效应导致的。基于氮化硅(siliconnitride，SiNx)的无源设备提供了优越的性能。经证实，低于0.1dB/cm的传播损耗适用于SiNx核心厚度为640nm的波导，甚至已证实，低于0.1dB/m的传播损耗适用于核心厚度为50nm的波导。另外，SiNx(n＝2)和SiO2(n＝1.45)与Si(n＝3.5)和SiO2(n＝1.45)之间略低的折射率对比度导致相位噪声较少，制作公差较大。这使得能够制作性能很高但仍很紧凑的光路，例如AWG或者环形谐振器。据报告，SiNx波导既是一种有源硅光子芯片上的高性能无源波导层，同时也是一种“独立的”无源光芯片。在光纤接入(Fiber-To-The-X，FTTX)设备/装备，如OLT和ONU中，已知使用波长双工器来将上下游波段与单输入光纤分离开来。ITU标准要求波长双工在宽波段上的损耗和串扰都很低，从而以低成本实现。在FTTX设备/装备中使用(硅)光子集成电路(photonicintegratedcircuit，PIC)会带来低成本、小尺寸、高可靠性的优势。为了实现，例如，PIC双工器，已知基于硅光子学使用了多模干涉仪(multimodeinterferometer，MMI)、马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder-Interferometer，PSMZI)、环等。然而，对于所有这些结构，在大批量生产中要实现ITU指定的性能和高产率仍具挑战性。而且，在宽带双工器中已经使用了多阶段式级联MZI。随着级联阶段数量的增加，滤波器通带平坦度和信道间的隔离也随之增加。但是，与此同时，光子电路的复杂度和对制作误差的敏感度也随着阶段数量的增加而增加。Hida等人(在1996年的《光波技术杂志(JournalofLightwaveTechnology)》的第14卷第10期的第2301至2310页和在1998年《日本电子学与通信期刊》(ElectronicsandCommunicationsinJapan)第二部分的第81卷第4期的第19至28页)提出了针对宽带平顶波导(解)复用器的硅基PSMZI。该设计基于零臂差的MZI，该MZI具有由两个完全相同的耦合器MZI组成的两个耦合器段。耦合器MZI由对称(定向)耦合器(symmetriccoupler，SC)实现。在这种SC中，耦合系数K(λ)的频谱响应在0-1之间周期变化。该耦合系数K(λ)及其对结构参数变化、温度变化等的敏感度可以通过设计SC的结构参数来进行整形。比如说，间隔距离、耦合器波导宽度、耦合器波导长度、弯曲波导宽度、锥长、波导厚度或者波导蚀刻厚度等都可以选择。Takagi等人(在1992年的《光波技术杂志(JournalofLightwaveTechnology)》的第10卷第12期的第1814至1824页)提出了三种硅基非对称(定向)耦合器(asymmetriccoupler，AC)，其具有系列锥型耦合结构，即分别为线对称系列锥(line-symmetricseries-tapered，LSST)型，点对称系列锥(point-symmetricseries-tapered，PSST)型和不对称系列锥(non-symmetricseries-tapered，NSST)型。这些AC专门设计用于波长不敏感耦合(wavelength-insensitivecoupling，WINC)。到目前为止，AC在PSMZI中的应用还未知。这是因为低折射率对比度平台在PIC制作中仍占主导，而AC的使用相比SC会大幅增加PSMZI设备的制作成本。
技术实现思路
本专利技术旨在进一步改善传统PSMZI。具体而言，本专利技术的目的在于提供一种性能改善且对制作误差敏感度较低的PSMZI设备。为此，本专利技术的目标是一种PSMZI设备，可以提供更多的设计灵活性。此外，将可以实现PSMZI设备和FTTX模块例如OLT和ONU的生产成本的大幅降低。本专利技术的目标通过随附独立权利要求所提供的方案实现。本专利技术的有益实现形式进一步地在从属权利要求中限定。本质上，本专利技术提出了AC在PSMZI设备中的使用。本专利技术的第一方面提供了一种PSMZI设备，包括：三个连续的路径时延段(pathdelaysection，PDS)，作为两个外部PDS和一个中心PDS，每个PDS包括上波导臂和下波导臂；四个AC，每个AC包括上波导部和下波导部，其中，每个PDS的每一侧都直接设置有一个AC，且所述上下波导部分别耦合至所述上下波导臂；在所述PDS一侧的所述AC与在所述PDS另一侧的所述AC点对称；在所述中心PDS一侧的所述两个AC和所述一个外部PDS一起与设置在所述中心PDS另一侧的所述两个AC和所述一个外部PDS点对称。与有效耦合长度和总长度之比等于1的SC相比，典型AC的有效耦合长度和总长度之比小于1。进一步地，AC的特征在于其交叉输出和直通输出之间的相位差不可能为90°。通过提供所述第一方面的所述PSMZI设备中所述AC的点对称设置，不对称的形状和几何结构在每个PDS的任一侧和所述中心PDS的任一侧翻转。相应地，来自单个AC的任一相位偏差得到补偿。因此，所述第一方面的所述PSMZI设备充分受益于AC带来的较大设计灵活性，而无任何缺点。具体而言，通过在所述第一方面的所述PSMZI设备中所用所述AC，由于还有除了SC提供的设计参数以外的额外设计参数(比如，耦合波导宽度差)，引入了更多的设计灵活性。所述AC的额外设计参数可以用于对所述PSMZI设备内的耦合器的频谱响应进行整形。凭借在设计所述耦合器方面的附加自由度，可以实现更好的整体性能。具体地，每个AC的频谱响应可以整形成相较可比SC的频谱响应更接近最优设计。对于为平顶低串扰的宽带双工器设计的耦合来说，这尤其现实。在所述第一方面的所述PSMZI设备中，因为在每个PDS的任一侧的任一对AC都是点对称的，所以在所述PSMZI设备制作过程中出现的尺寸误差同样也将会出现在所有AC中。这是因为所有AC结构在制作过程中彼此相对靠近。因此，任意尺寸误差间都会相互补偿。根据所述第一方面，在所述设备的第一种实施形式中，所述中心PDS提供的路径差为0。相应地，可以为所述PSMZI设备设计完全点对称结构。根据如上所述第一方面或者所述第一方面的第一种实施形式，在所述设备的第二种实施形式中，一个外部PDS提供的路径差与另一个外部PDS在另一个波导臂上提供的路径差相同。根据如上所述第一方面或者所述第一方面的前述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种点对称马赫‑曾德尔干涉仪(PSMZI)设备(100)，其特征在于，包括：三个连续的路径时延段(PDS)，作为两个外部PDS(102)和一个中心PDS(101)，每个PDS(101，102)包括上波导臂(103)和下波导臂(104)；四个非对称耦合器(AC)，每个AC(105)包括上波导部(106)和下波导部(107)，其中，每个PDS(101，102)的每一侧都直接设置有一个AC(105)，且所述上下波导部(106，107)分别耦合至所述上下波导臂(103，104)；在每个PDS(101，102)一侧的AC(105)与所述每个PDS(101，102)另一侧的AC(105)点对称；设置在所述中心PDS(101)一侧的两个AC(105)和一个外部PDS(102)一起与设置在所述中心PDS(101)另一侧的两个AC(105)和另外一个外部PDS(102)点对称。

【技术特征摘要】
2016.03.22 EP EP1616171961.一种点对称马赫-曾德尔干涉仪(PSMZI)设备(100)，其特征在于，包括：三个连续的路径时延段(PDS)，作为两个外部PDS(102)和一个中心PDS(101)，每个PDS(101，102)包括上波导臂(103)和下波导臂(104)；四个非对称耦合器(AC)，每个AC(105)包括上波导部(106)和下波导部(107)，其中，每个PDS(101，102)的每一侧都直接设置有一个AC(105)，且所述上下波导部(106，107)分别耦合至所述上下波导臂(103，104)；在每个PDS(101，102)一侧的AC(105)与所述每个PDS(101，102)另一侧的AC(105)点对称；设置在所述中心PDS(101)一侧的两个AC(105)和一个外部PDS(102)一起与设置在所述中心PDS(101)另一侧的两个AC(105)和另外一个外部PDS(102)点对称。2.根据权利要求1所述的PSMZI设备(100)，其特征在于：所述中心PDS(101)提供的路径差为0。3.根据权利要求1或2所述的PSMZI设备(100)，其特征在于：一个外部PDS(102)提供的路径差与另外一个外部PDS(102)在另外一个波导臂(103，104)上提供的路径差相同。4.根据权利要求1至3中之一所述的PSMZI设备(100)，其特征在于：所有上波导臂(103)的总路径长度与所有下波导臂(104)的总路径长度相同。5.根据权利要求1至4中之一所述的PSMZI设备(100)，其特征在于：设计所述四个AC(105)和所述两个外部PDS(102)，使得设置在所述中心PDS(101)一侧的所述两个AC(105)和所述一个外部PDS(102)所导致的相位差由设置在所述中心PDS(101)另一侧的所述两个AC(105)和所述另外一个外部PDS(102)所导致的相位差来补偿。6.根据权利要求1至5中之一所述的PSMZI设备(100)，其特征在于：所述四个AC(105)呈线对称系列锥(line-symmetricseries-tapered，LSST)型。7.根据权利要求1至6中之一所述的PSMZI设备(100)，其特征在于：所述波导臂(103，104)由折射率范围在1.4–4.5之间的材料制成。8.根据权利要求1至7中之一所述的PSMZI设备(100)，其特征在于：所述波导臂(103，104)由SiN制成，且更具体地，嵌在由SiO2制成的包层中。9.根据权利要求1至8中之一所述的PSMZI设备(100)，其特征在于，还包括：设在所述中心PDS(101)任一侧且与所述中心PDS(101)点对称的偶数个附加PDS，每个附加PDS包括上波导臂和下波导臂；偶数个附加AC...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡有方，乌拉噶兰达·皮鲁玛·达拉尼帕提，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44