一种偏振无关的电光开关制造技术

本发明专利技术公开了一种大带宽、低损耗、高速切换、偏振不敏感电光开关，包括：用于接受光纤、激光器或其他光电子器件包括TE偏振和TM偏振分量或其中一种分量的光的输入波导；与所述输入波导连接的输入端功率分束器；与所述功率分束器连接的调制区单元；与所述调制区单元的输出端连接的输出端功率合束器；以及用于施加电压控制相位差的电场；所述的调制区单元包括：TM波导支路(即调制区波导支路)，所述的TM波导支路设置在所述电场上；与所述TM波导支路并联的TE波导支路。本发明专利技术基于特殊的波导结构设计实现偏振无关波导、功率合束器、功率分束器。利用了调制效率偏振相关的特点，将两个偏振态的光引入不同的调制路径，实现不同偏振态的调制区长度不同。区长度不同。区长度不同。

【技术实现步骤摘要】
一种偏振无关的电光开关


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种偏振无关的电光开关。

技术介绍

[0002]近年来，随着通讯网络日新月异的发展，互联网通信数据量每年以50％
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60％的速度迅速增长，用户对带宽、传输速率的要求不断提高，在数据交换网络中，电开关的发展渐渐遇到瓶颈：5G网络的回传时延指标对交换节点的性能提出了更严格的要求；网络节点的电交换设备功耗高达万瓦,耗电量接近了许可极限，耗电量的80％源于光电/电光转换和电交换开关，因此光交换技术大带宽、低功耗、低延时等优势日益凸显，将为满足日益增长的通信需求提供新的途径与方案。
[0003]光开关作为光通信网络中的一个关键器件，主要应用于大型数据交换中心与超级计算机，通常要求光开关具有大带宽、低损耗与偏振无关等特性。除此之外，在数据包交换类型中，要求光开关的切换速度需要达到纳秒级才不至于导致数据丢包。但是传统的硅基等离子色散效应PIN结构的硅基光开关很难同时实现偏振无关与低损耗高切换速度的性能。一是载流子注入引入了额外的光吸收损耗，实际使用时，损耗偏大。二是薄膜硅材料偏振无关波导条件苛刻，工艺难以实现。
[0004]因此，同时实现大带宽、低损耗、高切换速度与偏振无关是目前光开关亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种大带宽、低损耗、高速切换、偏振不敏感电光开关，基于Mach
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Zehnder干涉仪(MZI)结构通过电光调制在C波段内同时对横电模(TE)和横磁模(TM)信号实现开关效果，解决了硅波导或者其他材料难实现的偏振无关特性的技术问题，同时解决了电光调制时引入额外损耗大的技术问题。
[0006]本专利技术采用的具体技术方案是：
[0007]一种偏振无关的光开关，包括：
[0008]用于接受光纤、激光器或其他光电子器件等包括TE偏振和TM偏振分量或其中一种偏振分量的光的输入波导；
[0009]与所述输入波导连接的输入端包括多模干涉耦合器等器件的功率分配器件；
[0010]与所述功率分束器连接的调制区单元；
[0011]与所述调制区单元的输出端连接的输出端包括多模干涉耦合器等器件的功率合束器件；
[0012]以及用于施加电压实现相位控制等调制的电场；
[0013]所述的调制区单元包括：
[0014]TM波导支路，所述的TM波导支路设置在所述电场上；
[0015]与所述TM波导支路并联的TE波导支路，所述的TE波导支路设置在所述电场上。
[0016]所述的调制区单元还包括：
[0017]与所述输入端功率分束器的连接的调制区波导主路；
[0018]与所述调制区波导主路连接的偏振分束器，所述的偏振分束器的输出端与所述TM波导支路和TE波导支路连接；
[0019]连接所述TM波导支路和TE波导支路的偏振合束器，所述的偏振合束器的输出端与输出端功率合束器连接。
[0020]所述的调制区波导主路、TM波导支路、TE波导支路均采用铌酸锂或其他波导中对TE偏振光和TM偏振光调制效率不同的材料。
[0021]所述的电场包括：多个相间隔的金属电极，所述的调制区波导主路设置在相邻的金属电极之间，所述的TM波导支路也设置在相邻的金属电极之间。
[0022]所述的输入波导包括第一输入波导、第二输入波导。
[0023]所述的输入端多模干涉耦合器为偏振不敏感功率分束器(如多模干涉耦合器MMI)。
[0024]所述的调制区单元为两个。
[0025]所述的输出端功率合束器为偏振不敏感功率合束器(如多模干涉耦合器MMI)。
[0026]本专利技术包括第一输入波导、第二输入波导、偏振不敏感功率分束器(如2
×
2多模干涉耦合器MMI)、偏振分束器、TE波导、偏振合束器、金属电极、调制区波导主路、第一输出波导和第二输出波导。外部偏振光输入光通过第一输入波导或者第二输入波导)输入器件，经过偏振不敏感功率分束器(如2
×
2MMI)将功率等分到两个调制臂(即两个调制区单元)上，这两个调制臂上都存在一个偏振分束器和一个偏振合束器，含有TE偏振分量和TM偏振分量或其中一种偏振分量的光在将TE或TM光分离出来经过一段不调制的TE或TM波导支路再合束回调制区波导主路上，实现不同偏振态的调制区长度不同。合束之后两个调制臂的光场在偏振不敏感功率合束器(如2
×
2MMI)上进行干涉输出，通过在金属电极上施加电压控制两个调制臂的相位差，可以选择从第一输出波导或者第二输出波导输出光信号。
[0027]所述输入输出波导具有偏振不敏感的特性，可以同时传输TE、TM偏振的光。
[0028]所述功率分束器具有偏振不敏感的特性，对于TE或者TM偏振的光都能实现将输入光等分至两个调制臂中。
[0029]所述的偏振分束器能够将输入光中的TE或TM分量分离出来，并且两个调制臂中都存在此偏振分束器，偏振分束后的TE光或TM光经过波导支路再通过偏振合束器回到调制区波导主路上，而另一没有进入波导支路的偏振光则始终在调制区波导主路和调制区波导支路中传输。合束后的光再次经过功率合束器，通过TE或TM分量调制臂长度的区别，可以减少或消除调制区对TE和TM调制效果的差别，实现输出光谱的偏振不敏感。
[0030]现有的偏振不敏感光开关技术基于马赫曾德干涉仪式光开关的专利技术、偏振旋转器的结构、对分束后的偏振光在开关调制臂中分别处理开关路径选择。
[0031]所述的调制区波导主路、TM波导支路(即调制区波导支路)、TE波导支路均采用铌酸锂材料等TE及TM调制效率不同的材料，本专利技术如基于薄膜铌酸锂平台，可以实现亚纳秒级的切换速度。基于特殊的波导结构设计实现偏振无关波导及功率分束器及功率合束器。利用了调制效率偏振相关的特点，将两个偏振态的光引入不同的调制路径，实现不同偏振态的调制区长度不同。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0033]1.本专利技术器件可以处理任意偏振态的输入光信号，并且可以同时输入处理不同波长具有不同偏振态的输入光信号，而器件不需要做结构改变。相对于基于事先探知输入光偏振态、使用偏振分离旋转器分离旋转偏振光、再干涉合束将所有输入光转换成单一偏振态的主动偏振控制器件只能处理单一输入偏振态的方案，本方案使用更加灵活自由。
[0034]2.易于集成的光路设计：本设计在单个光开关中，仅需要一个电信号就能够实现光开关功能。相比于偏振分集方案中先进行偏振分束旋转、在两个光开关中分别处理后再偏振旋转合束的结构，大幅简化了光路设计，更加紧凑利于集成。
[0035]3.超高切换速度偏振无关光开关：硅波导热光开关切换速度在微秒(μs)量级，而在数据包交换类型中，要求光开关的切换速度需要达到纳秒级才不至于导致数据丢包。本专利技术对于实现偏振无关光开关，可以采用铌酸锂或其他波导中对TE偏振光和TM偏振光调制效率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偏振无关的光开关，其特征在于，包括：用于接受光纤、激光器或其他光电子器件等包括TE偏振和TM偏振分量或其中一种偏振分量的光的输入波导；与所述输入波导连接的输入端包括多模干涉耦合器器件的功率分配器件；与所述功率分束器连接的调制区单元；与所述调制区单元的输出端连接的输出端包括多模干涉耦合器等器件的功率合束器件；以及用于施加电压实现相位控制调制的电场；所述的调制区单元包括：TM波导支路，所述的TM波导支路设置在所述电场上；与所述TM波导支路并联的TE波导支路，所述的TE波导支路设置在所述电场上。2.根据权利要求1所述的偏振无关的电光开关，其特征在于，所述的调制区单元还包括：与所述输入端功率分束器的连接的调制区波导主路；与所述调制区波导主路连接的偏振分束器，所述的偏振分束器的输出端与所述TM波导支路和TE波导支路连接；连接所述TM波导支路和TE波导支路的偏振合束器，所述的偏振合束...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈诺，储涛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：