一种实现片上多波长复用的系统技术方案

一种实现片上多波长复用的系统，包括阵列波导光栅、偏振旋转器和偏振合波器，所述的阵列波导光栅的上输出端和偏振旋转器的输入端相连接，偏振旋转器的输出端和偏振合波器的上输入端相连接，同时阵列波导光栅的下输出端和偏振合波器的下输入端相连接。本发明专利技术提出了一种高折射率平台上利用阵列波导光栅实现片上多波长复用的系统。本发明专利技术实现不同输入波长的复用输出；减小基于阵列波导光栅的光波长复用器的尺寸；适用于高折射率差平台上制作的光波长复用器。

A system for multi wavelength multiplexing on chip

【技术实现步骤摘要】
一种实现片上多波长复用的系统
本专利技术涉及片上多波长复用器，尤其涉及将多个不同波长的光复用到一根光波导或光纤中传输。
技术介绍
光波长复用器能实现将多路不同波长的光信号复用到一根光波导或光纤中传输，大大提高了通信容量，在基于波分复用光通信系统中有着非常重要的作用。目前商用的基于波分复用器件的光发射模块的合波器主要利用低折射率平台(比如Silica-on-silicon，硅基底上的二氧化硅平台)的阵列波导光栅(AWG)，它具有损耗低，偏振不敏感和光纤耦合时耦合损耗小的特点，但是由于波导的折射率差较小，该器件的尺寸较大，不适用于大规模集成且超紧凑型的光子链路中。随着近年来芯片集成技术的发展，为了进一步降低集成系统的尺寸和成本，基于高折射率平台，特别是绝缘体上的硅平台(Silicon-on-insulator，SOI)的光子器件得到了广泛的研究。同时，由于SOI平台的制作工艺完全兼容于CMOS制作工艺，大大降低了该平台光子器件的制作成本并能实现大规模生产。此外，基于SOI平台的混合集成技术也得到了大量研究，它能将III-V半导体激光器、调制器和探测器等混合集成到SOI平台，以实现一个功能化的模块单元，比如光发射模块，光接收模块等。目前数据中心的光模块已逐渐转向硅光平台，并在该平台上混合集成基于其他材料(InP,Ge,LiNO3)的器件，以实现高性能、低成本的光模块。基于SOI材料的波分复用器是光模块的核心部件，它主要基于如下四类结构：级联马赫增德尔干涉仪、级联微环、蚀刻衍射光栅、阵列波导光栅。而阵列波导光栅在工艺制作、工艺容差和性能方面都极具优势，在SOI平台上的波分复用系统中备受亲睐。考虑到高折射率平台下，阵列波导光栅的性能与器件本身的尺寸成反比关系，即器件的尺寸越大，受到的影响因素越多，比如薄膜的厚度均匀性、光刻显影和刻蚀后波导宽度的一致性等，同时制作工艺的不完美带来的侧壁粗糙的影响也会因为器件尺寸大而更大，这都大大裂化了器件的性能。另一方面，较小尺寸的器件也降低了成本，为更高密度的集成提供了可能。所以，结构紧凑且性能优秀的阵列波导光栅在片上多波长复用和解复用芯片中十分重要。
技术实现思路
为了能实现超紧凑的基于波分复用的光发射器，本专利技术提出了一种高折射率平台上利用阵列波导光栅实现片上多波长复用的系统。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：一种实现片上多波长复用的系统，包括阵列波导光栅、偏振旋转器和偏振合波器，所述的阵列波导光栅的上输出端和偏振旋转器的输入端相连接，偏振旋转器的输出端和偏振合波器的上输入端相连接，同时阵列波导光栅的下输出端和偏振合波器的下输入端相连接。进一步，所述阵列波导光栅具有2N个输入端口和2个输出端口，该2N个输入端口分成2组，第一组编号从#1,#3,…,#2N-1，第二组编号从#2,#4,…,#2N，且相邻数字编号#N和#N-1之间的波长间隔为Δλ，即第一组和第二组编号内相邻编号的波长间隔为2×Δλ。第一组编号的各波长信号从上输出端口输出，另一组编号的各波长信号从下输出端口输出。再进一步，所述阵列波导光栅的2个输出端口具有相同的输出角度θ0。更进一步，偏振旋转器将输入TE偏振态旋转到TM偏振态输出或从TM偏振态旋转到TE偏振态输出。本专利技术的有益效果主要表现在：1、实现不同输入波长的复用输出；2、减小基于阵列波导光栅的光波长复用器的尺寸；3、适用于高折射率差平台上制作的光波长复用器，比如氮化硅(Si3N4)和硅(Si)等材料平台。附图说明图1是常规的基于阵列波导光栅的多波长复用器的示意图；图2是实现片上多波长复用的系统的示意图；图3是图2中的2N×2阵列波导光栅的一个示意范例；图4是图2中偏振旋转器的一个设计方案示意范例；图5是图4中实现从TE0耦合到TE1的耦合效率随耦合区长度变化的关系图；图6是图4中偏振旋转区实现从TE1旋转到TM0的转换效率值随转换长度的关系图；图7是图2中偏振合波器的一个设计方案示意范例。图8是图7中在耦合长度为7.8μm，两耦合波导之间空隙为250nm时，TM0和TE0的合波输出传输效率值随波长变化的关系图。图中：1、片上半导体激光器阵列，2、常规型2N×1阵列波导光栅复用器，3、2的输出，4、单模光纤，5、本专利技术提出的光波长复用器结构，6、5中的2N×2阵列波导光栅，7、6的上输出端口，8a、6的下输出端口，8b、11的下输入端，9、偏振旋转器，10a、9的输出端，10b、11的上输入端，11、偏振合波器，12、11的输出端，13、9的耦合区，14、9的偏振旋转区，15、14的输入波导处横截面，16、14的中间波导区域的横截面，17、14的输出波导处横截面，18、11的耦合区。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图2～图8，一种实现片上多波长复用的系统，包括阵列波导光栅6、偏振旋转器9和偏振合波器11，所述的阵列波导光栅6的上输出端7和偏振旋转器9的输入端相连接，偏振旋转器的输出端10a和偏振合波器11的上输入端10b相连接，同时阵列波导光栅6的下输出端8a和偏振合波器11的下输入端8b相连接。如图2所示，阵列波导光栅6具有2N个输入端口和2个输出端口，该2N个输入端口分成2组，第一组编号从#1,#3,…,#2N-1，第二组编号从#2,#4,…,#2N，且相邻数字编号#N和#N-1之间,的波长间隔为Δλ，即第一组和第二组编号内相邻编号的波长间隔为2×Δλ。第一组编号的各波长信号从上输出端口7输出，另一组编号的各波长信号从下输出端口8a输出。阵列波导光栅的2个输出端口7和8a具有相同的输出角度θ0，如图3所示。偏振旋转器9将输入TE偏振态旋转到TM偏振态输出或从TM偏振态旋转到TE偏振态输出。本实施例中，所用到的器件举例均是基于高折射率差的SOI(silicon-on-insulator,绝缘体上的硅)平台，其中顶层硅厚度为220nm，下包层二氧化硅为3um，上包层二氧化硅为2um。图1给出了传统的基于2N×1阵列波导光栅的片上多波长复用器，其中1是片上的半导体激光器阵列。图2中，本专利技术提出的方案所使用的片上多波长复用器是一个2N×2的阵列波导光栅，即两组N×1，并且同一组内各波导信道对应的激光器出射波长的波长间隔为2×Δλ，整个2N个波导信道的波长间隔是Δλ，同时2个输出端口7和8a关于各自平板波导的中心线具有相同的夹角θ0。在常规型2N×1阵列波导光栅中，它是2N个输入在同一边(相邻输入波长间隔Δλ)，一个输出在另一边，但是在本专利技术中的2N×2的阵列波导光栅是两边同时输入，两边各一个输出，在每一边的各输入信道波长之间的波长间隔是2×Δλ，但最后总的2N个波长信道之间的波长间隔还是Δλ。假设本专利技术中提出的阵列波导光栅和传统的阵列波导光栅具有相同的波导结构，即波导色散相同，同时假设各输入信道波导在平板波导区交界面上的相邻位置间距一样，那么本专利技术提出的阵列波导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现片上多波长复用的系统，其特征在于，所述系统包括阵列波导光栅、偏振旋转器和偏振合波器，所述的阵列波导光栅的上输出端和偏振旋转器的输入端相连接，偏振旋转器的输出端和偏振合波器的上输入端相连接，同时阵列波导光栅的下输出端和偏振合波器的下输入端相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现片上多波长复用的系统，其特征在于，所述系统包括阵列波导光栅、偏振旋转器和偏振合波器，所述的阵列波导光栅的上输出端和偏振旋转器的输入端相连接，偏振旋转器的输出端和偏振合波器的上输入端相连接，同时阵列波导光栅的下输出端和偏振合波器的下输入端相连接。


2.如权利要求1所述的一种实现片上多波长复用的系统，其特征在于，所述阵列波导光栅具有2N个输入端口和2个输出端口，该2N个输入端口分成2组，第一组编号从#1,#3,…,#2N-1，第二组编号从#2,#4,…,#2N，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹俊，王昌辉，张明，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33