一种硅基光调制器光路监控结构制造技术

本发明专利技术涉及光通信技术领域，尤其是涉及一种硅基光调制器光路监控结构，包括一个或多个光探头，每个光探头后端连接一个监控探测器；所述光路监控结构与光调制器集成，所述光调制器包括合束器，所述一个或多个光探头分别与所述合束器的输出波导耦合；其中，当所述合束器的两端输入光为反相输入时，干涉相消，所述一个或多个光探头接收干涉后的散射光，并探测光功率，所述监控探测器将对应探头探测到的光功率转换成光电流。本发明专利技术在不额外增加工艺难度的条件下，利用光探头和监控探测器接收干涉后的散射光来实现光路监控，输出反相时无相位偏移，可克服偏置点锁定偏差的问题，并有效降低分光器带来的传输损耗。

An optical path monitoring structure of silicon-based optical modulator

【技术实现步骤摘要】
一种硅基光调制器光路监控结构
本专利技术涉及光通信
，尤其是涉及一种硅基光调制器光路监控结构。
技术介绍
硅光子技术是基于硅材料，利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代技术，在光通信、数据中心、超级计算、生物、国防、AR/VR技术、智能汽车与无人机等许多领域将扮演极其关键的角色。当前硅光子技术日渐成熟，其高集成度、小尺寸、低功耗、光电集成等优点备受瞩目，未来硅光子技术将有可能会替代当前的自由空间耦合技术，并且硅光子技术具有解决长远的技术演进(高速率、高集成度)和成本矛盾的能力。硅光子芯片可以集成高速率调制器、传输波导、耦合器、高速率Ge-Si探测器等，将无源芯片和有源芯片实现了单片集成。但是，硅光产品目前仍有技术瓶颈：1)硅光波导耦合损耗较大；2)硅材料温度敏感，对功率和温控有更高要求；3)硅光需要混合集成激光器，封装良率较低成本优势有限。如何降低硅光芯片的传输损耗，优化发射端出光功率是硅光产业化面临的一个重要的研究课题，通常的方式是增大激光器出光功率来提高发射功率，但是容易引起器件功耗增大、提高芯片工艺难度等问题；另外一个方式是，优化硅光调制器芯片本身的损耗，其损耗主要包括：光耦合损耗、光传输损耗、光电调制吸收损耗。在光调制器中，光监控端口或MPD的功能主要有两个：①光功率值监控；②光调制器工作点反馈调节与锁定。如图1所示，在常规的硅基单马赫-曾德尔干涉仪(Mach–ZehnderInterferometer，简写为MZI)调制器中，调制器部分主要包括1x2MMI合束器001、硅波导002、热相移器004和有源掺杂区005，光路监控部分主要包括第一监控探测器007。其中，光路监控方式通常有两种：在图1(a)中，光路监控部分还包括2x2MMI光耦合器003(MMI为多模干涉)，主要利用2x2MMI光耦合器003两个输出端反相，在所述2x2MMI光耦合器003干涉相消时，光功率监控值最大；所述2x2MMI光耦合器003干涉相长时，光功率监控值最小。此时，光监控端和光输出端相位差理论上为180°，但在所述2x2MMI光耦合器003的实际加工中，由于工艺误差会不可避免地引起相位偏移，即相位误差，如图2所示，相位误差而且，相位偏移是随机的，无法通过算法补偿来消除，导致利用光监控端来做工作点调节反馈时，不是最佳工作点，会影响强度调制器的误码率(BER)或相位调制器的光信噪比(OSNR)。在图1(b)中，光路监控部分还包括分光比例为95:5的分光耦合器006，主要利用所述分光耦合器006实现监控分光，其中，光输出端口为95％的比例，光监控端口为5％的比例。此种监控方式在整个O波段或C波段内，其波长相关性大于1dB，光监控端口分光比例由于工艺误差会在4％～6％波动，同时会在单个MZI调制器的光输出端口引入大于0.25dB的额外传输损耗。传输损耗的引入尤其在多级MZI调制器结构中明显，如偏振复用正交相位调制器(DP-IQ)中采用4级MZI结构，若采用95:5的分光耦合器结构将额外增加光输出端口约1dB的额外传输损耗。鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是：在传统的调制器光路监控结构中，通常采用2x2MMI光耦合器或分光耦合器来实现光路监控，输出反相时容易引入相位误差，导致偏置点锁定偏差的问题，还可能会带来额外的传输损耗。本专利技术通过如下技术方案达到上述目的：本专利技术提供了一种硅基光调制器光路监控结构，包括一个或多个光探头，每个光探头后端连接一个监控探测器；所述光路监控结构与光调制器集成，所述光调制器包括合束器，所述一个或多个光探头分别与所述合束器的输出波导011耦合；其中，当所述合束器的两端输入光为反相输入时，干涉相消，所述一个或多个光探头接收干涉后的散射光，并探测光功率，所述监控探测器将对应探头探测到的光功率转换成光电流。优选的，所述光探头设置两个，分别为第一光探头008和第二光探头012，所述监控探测器相应设置两个，分别为第一监控探测器007和第二监控探测器009；所述第一光探头008后端连接所述第一监控探测器007，所述第二光探头012后端连接所述第二监控探测器009；所述第一光探头008和所述第二光探头012设置在所述输出波导011的同侧或两侧。优选的，所述第一光探头008和所述第二光探头012设置在所述输出波导011的两侧，且各光探头的中心线与所述输出波导011的中心线呈一夹角。优选的，各光探头的波导厚度H＝220nm，与输出波导011的厚度相同；各光探头的末端宽度Wtip＝90nm；其中，所述末端为靠近所述输出波导011的一端；各光探头末端与所述输出波导011中心线的水平距离dx＝1.2um，竖直距离dy＝1.4um；两个光探头相对所述输出波导011的中心线呈对称分布，且各光探头的中心线与所述输出波导011中心线的夹角α＝8°。优选的，所述光调制器为DP-IQ相位调制器，由四个MZI调制器结构组成，分别为X-I、X-Q、Y-I和Y-Q；所述光路监控结构设置6个，分别为第一光路监控结构014、第二光路监控结构015、第三光路监控结构016、第四光路监控结构017、第五光路监控结构018和第六光路监控结构019；所述第一光路监控结构014用于监控X-I路MZI调制器结构的光功率，所述第二光路监控结构015用于监控X-Q路MZI调制器结构的光功率，所述第三光路监控结构016用于监控X路的光功率；所述第四光路监控结构017用于监控Y-I路MZI调制器结构的光功率，所述第五光路监控结构018用于监控Y-Q路MZI调制器结构的光功率，所述第六光路监控结构019用于监控Y路的光功率；每个光路监控结构均包括两个光探头和两个监控探测器，且所述两个光探头对称设置在对应合束器输出波导的两侧。优选的，在所述第三光路监控结构016和所述第六光路监控结构019的后端还设置有偏振旋转合束器013；X偏振光和Y偏振光分别经过IQ正交相位调制后，由所述偏振旋转合束器013将X偏振和Y偏振的调制光进行合束。优选的，当设置多个光探头时，对应的多个监控探测器并联，使得最终光电流为所述多个监控探测器探测的光电流之和。优选的，所述光探头为一段锥形波导，锥形波导的粗端与对应的监控探测器连接，细端朝向所述输出波导011，并与所述输出波导011耦合。优选的，所述光探头采用硅光高精度光刻和刻蚀工艺形成，所述监控探测器为锗硅光电二极管。优选的，所述合束器为Y型合束器或多模干涉合束器。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的光调制器光路监控结构中，在不额外增加工艺难度的条件下，利用光探头和监控探测器接收干涉后的散射光来实现光路监控，输出反相时光监控端口和光输出端口的相位差固定，无相位偏移，可克服偏置点锁定偏差的问题，并有效降低了分光器带来的传输损耗；同时，该结构设计简单，容易在硅光芯片上单片集成。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有的一种单MZI硅基光调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基光调制器光路监控结构，其特征在于，光路监控结构包括一个或多个光探头，每个光探头后端连接一个监控探测器；所述光路监控结构与光调制器集成，所述光调制器包括合束器，所述一个或多个光探头分别与所述合束器的输出波导(011)耦合；其中，当所述合束器的两端输入光为反相输入时，干涉相消，所述一个或多个光探头接收干涉后的散射光，并探测光功率，所述监控探测器将对应探头探测到的光功率转换成光电流。

【技术特征摘要】
1.一种硅基光调制器光路监控结构，其特征在于，光路监控结构包括一个或多个光探头，每个光探头后端连接一个监控探测器；所述光路监控结构与光调制器集成，所述光调制器包括合束器，所述一个或多个光探头分别与所述合束器的输出波导(011)耦合；其中，当所述合束器的两端输入光为反相输入时，干涉相消，所述一个或多个光探头接收干涉后的散射光，并探测光功率，所述监控探测器将对应探头探测到的光功率转换成光电流。2.根据权利要求1所述的硅基光调制器光路监控结构，其特征在于，所述光探头设置两个，分别为第一光探头(008)和第二光探头(012)，所述监控探测器相应设置两个，分别为第一监控探测器(007)和第二监控探测器(009)；所述第一光探头(008)后端连接所述第一监控探测器(007)，所述第二光探头(012)后端连接所述第二监控探测器(009)；所述第一光探头(008)和所述第二光探头(012)设置在所述输出波导(011)的同侧或两侧。3.根据权利要求2所述的硅基光调制器光路监控结构，其特征在于，所述第一光探头(008)和所述第二光探头(012)分别设置在所述输出波导(011)的两侧，且各光探头的中心线与所述输出波导(011)的中心线呈一夹角。4.根据权利要求3所述的硅基光调制器光路监控结构，其特征在于，各光探头的波导厚度H＝220nm，与所述输出波导(011)的厚度相同；各光探头的末端宽度Wtip＝90nm；其中，所述末端为靠近所述输出波导(011)的一端；各光探头末端与所述输出波导(011)中心线的水平距离dx＝1.2um，竖直距离dy＝1.4um；两个光探头相对所述输出波导(011)的中心线呈对称分布，且各光探头的中心线与所述输出波导(011)中心线的夹角α＝8°。5.根据权利要求1所述的硅基光调制器光路监控结构，其特征在于，所述光调制器为DP-IQ相位调制器，由四个MZI调制器结构组成，分别为X-I...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁雪瑞，陈宏刚，胡蕾蕾，张博，胡毅，罗勇，马卫东，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42