【技术实现步骤摘要】
一种硅基光混频器结构及制造方法
[0001]本专利技术涉及相干光通信芯片
，特别是涉及一种硅基光混频器结构及制造方法。
技术介绍
[0002]相干光通信系统的应用大大提高了光通信系统的速率、容量和传输距离，而相干光通信系统中信号的产生和接收都离不开相干光通信芯片技术。相干光通信芯片可分为发射侧和接收侧，在接收侧需要用到相干光接收技术，通常是零差或外差探测技术，而光混频器是这两种接收方式的核心组件。
[0003]在光混频器中，由线路接收到的信号光与本振光在满足波前匹配的条件下进行光学混频，从而得到携带幅度、相位等信息的差频信号，接着经过光电探测器转换为电信号，再经放大和模数转换后，通过数字信号处理部分中采用的灵活的算法提取原信号光中携带的幅度、相位信息。作为相干光通信接收侧芯片的核心部件，光混频器的混频效率及性能决定了相干接收机的探测灵敏度，从而影响整个相干光通信系统的性能。
[0004]目前片上集成的光混频器的设计主要集中为两种形式：级联型和单级型。级联型的光混频器，通常会包含分束器、相移器、交叉连接器等组件，其结构的集成度低，且多器件级联会造成较大插损。单级型的光混频器，通常是4
×
4多模干涉结构(MMI)，其集成度佳，但面临设计可变参数单一，能达到的性能受限的问题，且由于存在谐振腔结构，最终得到的相位误差随光谱抖动剧烈。
[0005]在片上集成器件设计领域，有通过引入非规则结构可以改善器件各波长波前匹配情况来进行器件性能改善的例子，可以将其引入传统4>×
4MMI结构的设计中，以打破外形对电磁场匹配的限制，获得更低更平坦的相位误差和更大的带宽。虽然非规则结构的引入会带来更优的器件性能，但同时也会使得器件的工艺容差非常差，让设计不再适用于工业量产。综上，为了解决在提升光混频器性能的同时还要保证较高的工艺容差性这一问题，需另辟蹊径。
技术实现思路
[0006]本专利技术要解决的技术问题是非规则结构的引入会带来更优的器件性能，同时也会使得器件的工艺容差非常差，让设计不再适用于工业量产。
[0007]本专利技术采用如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种硅基光混频器的制造方法，方法包括：
[0009]在硅基片上生成指定数量对的入射波导和出射波导；
[0010]在所述硅基片上生成具有预设外轮廓的多模干涉区，在多模干涉区上与光传输方向一致的两条侧边，分别设置有指定间隔距离的坐标点；
[0011]在生成多模干涉区的指定轮廓时，对所述坐标点到多模干涉区中轴线的距离的逐级递归调整和测试，并根据逐级递归测试结果中指定维度的性能参数的变化，制定出各个
坐标点的到多模干涉区中轴线的目标距离；
[0012]根据所述各个坐标点的到多模干涉区中轴线的目标距离，来制作多模干涉区的指定轮廓。
[0013]优选的，所述对所述坐标点到多模干涉区中轴线的距离的逐级递归调整和测试，具体包括：
[0014]以硅基光混频器的中轴线为中心轴，确定位于中心轴两侧的每一对坐标点与中心轴之间的距离，每一坐标点中设远离中心轴的调整为正向移动，靠近中心轴的调整为负向移动；通过正向移动或负向移动，逐一调整相应多模干涉区轮廓上坐标点在位置；
[0015]根据调整后各坐标点位置拟合生成的多模干涉区的轮廓，制作测试用硅基光混频器，采集相应测试用硅基光混频器的指定维度的性能参数。
[0016]优选的，所述硅基光混频器的中轴线为中心轴，具体为：
[0017]在硅基光混频器中由每一条入射波导和相应出射波导构成一组入射波导
‑
出射波导；
[0018]其中，在所述硅基光混频器中的入射波导
‑
出射波导组数为偶数时，所述中心轴为位于硅基光混频器中间两组入射波导
‑
出射波导之间；或者，在所述硅基光混频器中的入射波导
‑
出射波导组数为奇数时，所述中心轴与硅基光混频器中位于中间的一组入射波导
‑
出射波导同轴；
[0019]其中，所述坐标点的设置位置与所述各组入射波导
‑
出射波导处于同一平面。
[0020]优选的，所述根据逐级递归测试结果中指定维度的性能参数的变化，制定出各个坐标点的到多模干涉区中轴线的目标距离，具体包括：
[0021]解析所述指定维度的性能参数，当新一轮的性能参数表现更优时，保留改变后的各坐标点的设置位置；当新一轮的性能参数表现保持原状或者性能下降时，保持相应坐标点前一轮的设置位置；接着改变另一个坐标点的位置，并不断重复上述过程，直至改变任意一个坐标点的位移都不会产生更优的性能参数，则结束本轮针对所述指定维度的性能参数的多模干涉区轮廓指定过程。
[0022]优选的，所述指定维度的性能参数表现为公式：
[0023][0024]其中，为出射波导输出端口全波段插损IL的平均值，|PE|
max
是相位误差PE的最大值、所述相位误差PE随波长λ抖动，α对应全波段插损IL的平均值的权重值，β对应相位误差PE的最大值及其随波长λ的抖动之和的权重值，γ是对应全波段插损IL的平均值与相位误差PE的最大值及其随波长λ的抖动之和两项参数随工艺变化的权重值；α+β+γ＝1，且α，β，γ≥0。
[0025]优选的，所述并根据逐级递归测试结果中指定维度的性能参数的变化，制定出各个坐标点的到多模干涉区中轴线的目标距离，具体包括：
[0026]将α取值为1，β、γ取值为0得到的公式作为第一轮测试中的第一指定维度的性能参数；
[0027]直至改变任意一个坐标点的位移都不会产生更优的第一指定维度的性能参数，则结束第一测试，进入第二轮测试过程；
[0028]将α和β都取值为0.5得到的公式作为第二轮测试中的第二指定维度的性能参数；
[0029]在第一轮测试基础上，根据所述第二指定维度的性能参数，直至改变任意一个坐标点的位移都不会产生更优的第二指定维度的性能参数，则结束第二测试，进入第三轮测试过程；
[0030]将α和β取值均改为0.25，γ取值为0.5得到的公式作为第三轮测试中的第三指定维度的性能参数；
[0031]在第二轮测试基础上，根据所述第三指定维度的性能参数，直至改变任意一个坐标点的位移都不会产生更优的第三指定维度的性能参数，则结束第三测试，根据此时的各个坐标点的到多模干涉区中轴线的距离作为所述目标距离。
[0032]优选的，在所述预设外轮廓具体是与光传输方平行的两条直线型的侧边，则所述坐标点的初始状态为两条平行的侧边直线上等距离分布的点。
[0033]第二方面，本专利技术还提供了一种硅基光混频器结构，使用如第一方面所述的硅基光混频器的制造方法得到，包括至少两根入射波导，以及对应入射波导数量的出射波导，相应入射波导和出射波导分别分布在等间距的平行线上，入射波导和出射波导之间设置有一个具有指定轮廓的多模干涉区。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种硅基光混频器的制造方法，其特征在于，方法包括：在硅基片上生成指定数量对的入射波导和出射波导；在所述硅基片上生成具有预设外轮廓的多模干涉区，在多模干涉区上与光传输方向一致的两条侧边，分别设置有指定间隔距离的坐标点；在生成多模干涉区的指定轮廓时，对所述坐标点到多模干涉区中轴线的距离的逐级递归调整和测试，并根据逐级递归测试结果中指定维度的性能参数的变化，制定出各个坐标点的到多模干涉区中轴线的目标距离；根据所述各个坐标点的到多模干涉区中轴线的目标距离，来制作多模干涉区的指定轮廓。2.根据权利要求1所述的硅基光混频器的制造方法，其特征在于，所述对所述坐标点到多模干涉区中轴线的距离的逐级递归调整和测试，具体包括：以硅基光混频器的中轴线为中心轴，确定位于中心轴两侧的每一对坐标点与中心轴之间的距离，每一坐标点中设远离中心轴的调整为正向移动，靠近中心轴的调整为负向移动；通过正向移动或负向移动，逐一调整相应多模干涉区轮廓上坐标点在位置；根据调整后各坐标点位置拟合生成的多模干涉区的轮廓，制作测试用硅基光混频器，采集相应测试用硅基光混频器的指定维度的性能参数。3.根据权利要求2所述的硅基光混频器的制造方法，其特征在于，所述硅基光混频器的中轴线为中心轴，具体为：在硅基光混频器中由每一条入射波导和相应出射波导构成一组入射波导
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出射波导；其中，在所述硅基光混频器中的入射波导
‑
出射波导组数为偶数时，所述中心轴为位于硅基光混频器中间两组入射波导
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出射波导之间；或者，在所述硅基光混频器中的入射波导
‑
出射波导组数为奇数时，所述中心轴与硅基光混频器中位于中间的一组入射波导
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出射波导同轴；其中，所述坐标点的设置位置与所述各组入射波导
‑
出射波导处于同一平面。4.根据权利要求2所述的硅基光混频器的制造方法，其特征在于，所述根据逐级递归测试结果中指定维度的性能参数的变化，制定出各个坐标点的到多模干涉区中轴线的目标距离，具体包括：解析所述指定维度的性能参数，当新一轮的性能参数表现更优时，保留改变后的各坐标点的设置位置；当新一轮的性能参数表现保持原状或者性能下降时，保持相应坐标点前一轮的设置位置；接着改变另一个坐标点的位置，并不断重复上述过程，直至改变任意一个坐标点的位移都不会产生更优的性能参数，则结束本轮针对所述指定维度的性能参数的多模干涉区轮廓指定过程。5.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：卢鲁璐子，曹权，
申请(专利权)人：武汉飞思灵微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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