本发明专利技术提出了基于由双折射的波导构成的阵列波导光栅的ＩｎＰ芯片级偏振分解器。本发明专利技术也执行通道滤波和在ＷＤＭ／ＤＷＤＭ应用中有用的多路分解。所要求的波导结构使用有源－无源单片集成平台形成，提供了具有有源器件以及无源器件的偏振分解器的集成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及偏振分解器领域，更具体地说涉及有源-无源集成偏振分解器。
技术介绍
芯片级偏振分解器(PS)在光电路比如高级光子集成集成电路(PIC)中是关键的。对于需要偏振分集或其它的偏振控制的许多应用，这种偏振分解器都是必不可少的。根据材料体系，芯片级PS已经证实在LiNbO3、聚合物、玻璃、III-V半导体和其它的无源材料中。在这些材料体系中，仅仅III-V半导体在本质上适合于有源-无源单片集成(APMI)应用。形成芯片级PS的各种方法的特征可能是基于方向耦合器或波导交叉、基于非对称Y-分支、基于马赫陈德尔干涉仪、基于谐振隧道、基于多模干涉和基于光栅。在基于方向耦合器或波导交叉的方案中，在一个偏振的条形状态和另一个的交叉状态中使用相对较大的双折射形成方向耦合器或波导交叉。基于非对称的Y-分支的PS在两个不同的波导中需要非对称的双折射并使用模式演化以将不同的偏振分类为不同的波导。基于马赫陈德尔干涉仪的PS使不同的偏振的输入在干涉仪中经过不同的光学路径长度差以使它们到达不同的输出波导。基于谐振隧道的PS在方向耦合器的中间引入第三波导以便仅一个偏振能够通过中间一个隧道耦合在两个波导之间。基于MMI的PS在不良的成像平面上接续MMI耦合器以使不同的偏振能够耦合到不同的输出波导。基于光栅的PS利用这样的事实不同偏振的输入将衍射到不同的空间位置以使它们可以被分离。然而，这种偏振分解器不适合于有源-无源单片集成。它们要么依赖于InGaAsP/InP材料体系(即用于有源功能)所不具备的较大的材料固有双折射，要么依赖于用于更大的双折射的空气或金属覆层波导，而这种覆层波导与可与有源结构集成的低损失嵌入型无源波导不兼容。最后，优选具有单片集成在带有无源功能(比如波长多路复用/多路分解、偏振控制和信号滤波)的单芯片上的有源功能(比如激光器、放大器、调制器、检测器等)。
技术实现思路
通过提供一种基于AWG和波导双折射并具有多通道操作的芯片级有源-无源单片集成的InP偏振分解器，本专利技术解决了已有技术的缺陷。在本专利技术的一个实施例中，一种集成的偏振分解器包括至少具有输入耦合器、输出耦合器和连接输入和输出耦合器的长度不等的多个波导的阵列波导光栅(AWG)。在本专利技术的集成的偏振分解器中，AWG的至少两个输出端口相对于输入端口设置以使到达位于AWG的输出侧处的自由空间区的不同的相位波前的单通道输入信号的第一偏振分量和第二偏振分量分别被输出端口中的各个端口接收，以使第一偏振分量和第二偏振分量通过AWG分开。此外，使用有源/无源单片集成技术集成偏振分解器以使偏振分解器能够与有源器件以及无源器件集成在一起。附图概述结合附图，通过下文的详细描述容易理解本专利技术的教导，在附图中；附附图说明图1描述了本专利技术的集成的通道滤波的偏振分解器的一种实施例的高级方块图；附图2所示为附图1的偏振分解器的实验设备的高级方块图；和附图3图示了附图1的偏振分解器的TM(No.1)输出和TE(No.5)输出的输出功率。为便于理解，只要可能，使用相同的参考标号表示这些附图中公共的相同元件。优选实施例的详细描述虽然在此参考将输入通道分解为TE和TM模式的单个输入偏振分解器描述本专利技术的各种实施例，但是本专利技术的特定的实施例不应该看作对本专利技术的范围的限制。本专利技术的教导的领域中的普通技术人员应该理解的是本专利技术的原理可以应用到将输入通道分解为各种偏振模式的实质上具有任何数量的输入和输出的偏振分解器中。在TE模式波和TM模式波在阵列(型)波导光栅(AWG)中沿波导行进时，这些波在进入AWG的输出侧上的自由空间(FS)区中之前到达不同的相位波前(phase front)。对于仅一个波长通道的输入，FS区然后将TE模式波和TM模式波聚焦到在AWG的输出侧上的不同的图像点上，这些图像点在输出焦平面上被双折射波长移位。因此，通过将输出波导设置在这些图像位置上，AWG分解单个通道输入的TE-模式波和TM-模式波。为将单个通道输入信号的TE-模式波和TM-模式波进行分解的输入和输出波导的定位一般性地描述在Arjen R.Vellekoop，“A Small-Size Polarization Splitter Based On APlanar Optical Phased Array”，Journal of Lightwave Technology，Vol.8，No.，January 1990，在此以引用参考的方式将其全部内容并入在本申请中。简单地说，由于AWG的相位传递由每个通道的传播常数和总长度的乘积确定，并且因为波导的传播常数取决于偏振以及通道的波长，因此相位阵列可以作为偏振分解器以及波长多路复用器/多路分解器操作。此外，本专利技术的偏振分解器还可以用于根据输出端口的定位将输入通道的偏振分解为除了TE-模式和TM-模式之外的模式。此外，利用光栅自由光谱区(FSR)，AWG也能够偏振分解被分隔开FSR的整数倍的波长。由于AWG对传播光信号的影响，因此输入信号也被滤波。虽然这形成了依赖于AWG波长的分解器，但是这种分解器在某些应用中可能是理想的，例如因为这种分解器限制了放大的自发发射(ASE)噪声的影响。附图1描述了本专利技术的集成的通道滤波的偏振分解器的一种实施例的高级方块图。附图1的偏振分解器100包括AWG，该AWG包括输入波导110、输入耦合器(以星形耦合器为例)120、输出耦合器(以星形耦合器为例)130、连接输入耦合器120和输出耦合器130的且长度不等的多个波导(波导阵列)140和多个输出波导150。附图1的偏振分解器100的AWG设计是这样的一种波长约束AWG设计具有700GHz的FSR和通过一个通道间隔分开的七个输出。通道间隔是100GHz并且通带被设计成具有30GHz的最大半高宽(FWHM)的高斯型。虽然在附图1的偏振分解器100中，耦合器以星形耦合器作为实例说明，但是具有与星形耦合器基本类似的功能的其它耦合器(比如板条状波导透镜)可以替换本专利技术的星形耦合器。附图1的偏振分解器100的尺寸大约为5mm×6mm。在本专利技术的偏振分解器(比如附图1的偏振分解器100)的TE和TM有效折光率之间的差值通常大约为0.154％。在1550nm中心波长周围，这个有效折光率差产生了大约2.4nm的双折射移位，在附图1的偏振分解器100中这个移位大致等于三个通道的间隔。本专利技术的偏振分解器(比如附图1的偏振分解器100)使用有源-无源单片集成(APMI)技术集成。例如，根据一种制造技术，浅蚀刻嵌入型肋结构用于形成本专利技术的偏振分解器的无源波导。这种技术在InP材料体系中提供了记录低传播损失。然后通过多量子阱(MQW)的另一薄层直接在肋的顶部上形成有源部分，这种薄层通过形成无源波导的相同的再生长嵌入。这样，本专利技术的偏振分解器可用作有源器件和无源器件。例如，TE和TM-模式的幅值例如可以通过在有源部分中的放大而被独立地控制，这样可以实现芯片级可调的偏振控制器。优选地，InP/InGaAsP是为根据本专利技术的偏振分解器选择的材料，因为这种材料允许与有源光子部件(比如发射器、接收器、光放大器、开关等)单片集成在一起。在这种形式中，多波导可以彼此紧密靠近地放置以使在特定的光学功能方面(例如，用于增益的最本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集成的偏振分解器，包括： 阵列型波导光栅（ＡＷＧ），包括： 输入耦合器； 输出耦合器；和 连接所述输入和输出耦合器且长度不等的多个波导； 其中所述ＡＷＧ的至少两个输出端口相对于输入端口设置，以使到达位于所述ＡＷＧ的输出侧处的自由空间区的不同的相位波前的单通道输入信号的第一偏振分量和第二偏振分量分别被所述输出端口中的各个端口接收，以使所述第一偏振分量和所述第二偏振分量通过所述ＡＷＧ分开；和 其中使用有源／无源单片集成技术集成所述偏振分解器，以使所述偏振分解器能够与有源器件以及无源器件集成在一起。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：皮特罗AG伯纳斯科尼，杨卫国，
申请(专利权)人：朗迅科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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