硅基波分复用器及硅光集成芯片制造技术

本申请公开了一种硅基波分复用器及硅光集成芯片，包括硅基衬底，所述硅基衬底上设有马赫‑曾德尔组合结构和偏振控制结构，所述马赫‑曾德尔组合结构至少包括两个并列的马赫‑曾德尔干涉仪；所述马赫‑曾德尔组合结构具有多个输入端口和两个光信号输出端口；所述偏振控制结构包括两个输入端口和一个输出端口；所述马赫‑曾德尔组合结构的两个输出端口分别连接所述偏振控制结构的两个输入端口。本申请将MZI型波分复用器的一个MZI干涉仪替换为无源的偏振控制结构，减少了需要调节的相移臂数量和3dB耦合器的数量，降低了器件的功耗，提高了光学带宽。

【技术实现步骤摘要】
硅基波分复用器及硅光集成芯片
本申请涉及光通信
，尤其涉及一种硅基波分复用器及硅光集成芯片。
技术介绍
波分复用技术是增加光通信容量的有效手段，关键器件是波分复用器件(MUX)和波分解复用器件(DEMUX)。平面波导型波分复用器的主要结构有阵列波导光栅、刻蚀衍射光栅和级联马赫-曾德尔干涉仪(MZI)等。硅光芯片是实现光互连的关键器件，能够有效降低光通信中模块的成本。如图1所示，目前，硅光中的级联马赫-曾德尔干涉仪结构的波分复用器，以四通道的波分复用为例，包括3个马赫-曾德尔干涉仪10’并联和级联组成，单个马赫-曾德尔干涉仪10’包括两个2×2的3dB耦合器11’和两个连接臂12’、一个监视探测器13’，其中一个连接臂为可调相移臂(图中以虚线表示)。使用时需要结合监视探测器13’对级联的各个马赫-曾德尔干涉仪10’的可调相移臂进行调节，调节过程不方便，功耗较大。3dB耦合器11’的光学带宽有限，多个级联的马赫-曾德尔干涉仪10’的波分复用器的光路中具有多个3dB耦合器11’，明显降低了波分复用器的性能。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种硅基波分复用器及硅光集成芯片，减少了相移臂的数量，具有功耗较低和光学带宽较大等优点。为了实现上述目的之一，本申请提供了一种硅基波分复用器，包括硅基衬底，其特征在于：所述硅基衬底上设有马赫-曾德尔组合结构和偏振控制结构，所述马赫-曾德尔组合结构至少包括两个并列的马赫-曾德尔干涉仪；所述马赫-曾德尔组合结构具有多个输入端口和两个光信号输出端口；所述偏振控制结构包括两个输入端口和一个输出端口；所述马赫-曾德尔组合结构的两个输出端口分别连接所述偏振控制结构的两个输入端口；多路相同偏振态的入射光信号分别由所述马赫-曾德尔组合结构的多个输入端口输入，经所述马赫-曾德尔组合结构合波之后，由所述马赫-曾德尔组合结构的两个输出端口分别输出两路不同波长的次合波光信号，两路所述次合波光信号分别由所述偏振控制结构的两个输入端口入射，经偏振控制结构合波之后输出具有相互垂直的两个偏振态的合波光信号。作为实施方式的进一步改进，单个所述马赫-曾德尔干涉仪包括依次连接的2×2的输入3dB耦合器、两个相移臂和2×2的输出3dB耦合器；所述两个相移臂的其中至少一个为可调相移臂。作为实施方式的进一步改进，所述马赫-曾德尔干涉仪还包括监视探测器，所述监视探测器光连接所述输出3dB耦合器的一个输出端口。作为实施方式的进一步改进，所述马赫-曾德尔组合结构包括多个并列和级联组合的马赫-曾德尔干涉仪。作为实施方式的进一步改进，所述偏振控制结构为一集成的偏振旋转-合束器。作为实施方式的进一步改进，所述集成的偏振旋转-合束器包括直通波导和交叉波导、分别连接所述直通波导和交叉波导的直通端口和交叉端口，以及连接所述直通波导的模式变换结构；所述直通波导与所述交叉波导组成模式复用结构；所述直通端口和交叉端口均包括条波导转脊波导的楔形结构；所述模式变换结构为双层楔形的模式变换结构。作为实施方式的进一步改进，所述偏振控制结构包括一偏振旋转器和一偏振合束器。作为实施方式的进一步改进，所述偏振合束器包括三个相同的模式转换耦合器组成，单个模式转换耦合器包括一个单模接入波导和一个多模总线波导；所述三个模式转换耦合器中的第一模式转换耦合器和第二模式转换耦合器并列设置，第三模式转换耦合器的多模总线波导连接第一模式转换耦合器的多模总线波导，单模接入波导连接第二模式转换耦合器的单模接入波导的输出端。本申请还提供了一种硅光集成芯片，包括上述任一实施例的硅基波分复用器。作为实施方式的进一步改进，所述硅光集成芯片还包括光调制器；多路入射光信号经所述光调制器调制之后，输出多路调制光信号；所述多路调制光信号分别经所述硅基波分复用器的多个输入端口输入，经所述马赫-曾德尔组合结构和偏振控制结构之后输出一路合波光信号。本申请的有益效果：将MZI型波分复用器的一个MZI干涉仪替换为无源的偏振控制结构，减少了需要调节的相移臂数量和3dB耦合器的数量，降低了器件的功耗，提高了光学带宽。附图说明图1为目前硅光中的MZI型波分复用器结构示意图；图2为本申请实施例1的波分复用器结构示意图；图3为图2中的马赫-曾德尔干涉仪结构示意图；图4为硅基马赫-曾德尔干涉仪的可调相移臂的截面示意图；图5为实施例1中集成的硅基偏振旋转-合束器(PSR)结构示意图；图6本申请实施例2的波分复用器结构示意图；图7为实施例2中硅基偏振旋转器(PR)结构示意图；图8为实施例2中硅基偏振合束器(PBC)结构示意图；图9为本申请实施例3的硅光集成芯片示意图。具体实施方式以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。另外，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时，其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层，或者可以存在中间元件或层。实施例1本申请的硅基波分复用器包括硅基衬底、埋氧层、波导层和上包层，如图2所示，在硅基衬底上设有马赫-曾德尔组合结构100和偏振控制结构200，其中，马赫-曾德尔组合结构100至少包括两个并列的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)110。上述马赫-曾德尔组合结构100具有多个输入端口和两个光信号输出端口，偏振控制结构200包括两个输入端口和一个输出端口；马赫-曾德尔组合结构100的两个输出端口分别连接偏振控制结构200的两个输入端口。多路具有相同偏振态的入射光信号分别由马赫-曾德尔组合结构100的多个输入端口输入，经马赫-曾德尔组合结构100合波之后，由马赫-曾德尔组合结构100的两个输出端口分别输出两路不同波长的次合波光信号，两路次合波光信号分别由偏振控制结构200的两个输入端口入射，经偏振控制结构200合波之后输出具有相互垂直的两个偏振态的合波光信号。该结构将MZI型波分复用器的一个MZI干涉仪替换为无源的偏振控制结构，减少了需要调节的相移臂数量和3dB耦合器的数量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基波分复用器，包括硅基衬底，其特征在于：所述硅基衬底上设有马赫-曾德尔组合结构和偏振控制结构，所述马赫-曾德尔组合结构至少包括两个并列的马赫-曾德尔干涉仪；/n所述马赫-曾德尔组合结构具有多个输入端口和两个光信号输出端口；所述偏振控制结构包括两个输入端口和一个输出端口；所述马赫-曾德尔组合结构的两个输出端口分别连接所述偏振控制结构的两个输入端口；/n多路相同偏振态的入射光信号分别由所述马赫-曾德尔组合结构的多个输入端口输入，经所述马赫-曾德尔组合结构合波之后，由所述马赫-曾德尔组合结构的两个输出端口分别输出两路不同波长的次合波光信号，两路所述次合波光信号分别由所述偏振控制结构的两个输入端口入射，经偏振控制结构合波之后输出具有相互垂直的两个偏振态的合波光信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅基波分复用器，包括硅基衬底，其特征在于：所述硅基衬底上设有马赫-曾德尔组合结构和偏振控制结构，所述马赫-曾德尔组合结构至少包括两个并列的马赫-曾德尔干涉仪；
所述马赫-曾德尔组合结构具有多个输入端口和两个光信号输出端口；所述偏振控制结构包括两个输入端口和一个输出端口；所述马赫-曾德尔组合结构的两个输出端口分别连接所述偏振控制结构的两个输入端口；
多路相同偏振态的入射光信号分别由所述马赫-曾德尔组合结构的多个输入端口输入，经所述马赫-曾德尔组合结构合波之后，由所述马赫-曾德尔组合结构的两个输出端口分别输出两路不同波长的次合波光信号，两路所述次合波光信号分别由所述偏振控制结构的两个输入端口入射，经偏振控制结构合波之后输出具有相互垂直的两个偏振态的合波光信号。


2.根据权利要求1所述的硅基波分复用器，其特征在于：单个所述马赫-曾德尔干涉仪包括依次连接的2×2的输入3dB耦合器、两个相移臂和2×2的输出3dB耦合器；所述两个相移臂的其中至少一个为可调相移臂。


3.根据权利要求2所述的硅基波分复用器，其特征在于：所述马赫-曾德尔干涉仪还包括监视探测器，所述监视探测器光连接所述输出3dB耦合器的一个输出端口。


4.根据权利要求1所述的硅基波分复用器，其特征在于：所述马赫-曾德尔组合结构包括多个并列和级联组合的马赫-曾德尔干涉仪。


5.根据权利要求1-4任一项所述的硅基波分复用器，其特征在于：所述偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭德汾，李显尧，
申请(专利权)人：苏州旭创科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32