一种宽带片上合束器件制造技术

本发明专利技术属于光子集成芯片领域，更具体地，涉及一种宽带片上合束器件。由马赫曾德尔干涉仪组成的有源带内合束器件和超宽带宽合束器件。该器件由多个输入口组成，一部分为长波长，一部分为短波长。输入光波长可以是多模干涉耦合器带宽范围内的任一波长。通过对有源带内合束器件的加热臂通电，可实现推挽式输出。超宽带宽合束器件的功率大、损耗小、带宽大，可实现几千纳米波长间隔的片上合束。本发明专利技术提供的一种宽带片上合束器件，功率大、损耗小、带宽大，可实现几千纳米波长间隔的合束，推挽式输出，结构紧凑、面积小。面积小。面积小。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带片上合束器件


[0001]本专利技术属于光子集成芯片领域，更具体地，涉及一种宽带片上合束器件。

技术介绍

[0002]随着半导体加工工艺的日益成熟，人们逐渐将各个不同波长的芯片键合到同一衬底上。因此，激光合束的器件成为实现多波长、宽带和高功率的激光器的关键组件。激光合束在提高各种激光系统的功率、效率和光束质量方面都发挥着至关重要的作用，应用于长距离自由空间光通信、材料加工等领域。实现激光合束的方法有两种，分别为相干合束和波长合束。相干合束是利用两束光产生的相位差形成相干干涉进行合束，适用于较小的波长范围。波长合束通常需要通过波导阵列光栅或滤光片对不同波长的激光进行合束，其优点在于不用精确的相位关系且可以进行宽带宽的合束。
[0003]实现波长合束的器件主要有三种，分别为定向耦合器(DC)、多模干涉耦合器(MMI)和波导阵列光栅(AWG)。
[0004]定向耦合器(DC)由两个平行波导组成，通过两种不同模式之间存在π的相位差，使场强在两个波导之间振荡。定向耦合器是光纤系统中最常见的实现分光和合光的方式，附加损耗小、结构简单但缺点在于带宽和工艺容差较小，分光比随波长的敏感性大。制造的不确定性，特别是光刻曝光、刻蚀和波导厚度的变化容易使耦合器的性能下降。而且由于工艺容差小，耦合间距不能太小，导致整个耦合器的长度较大。
[0005]多模干涉耦合器(MMI)可以根据实际需求设计不同的输入输出端口数，实现N
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M的端口分光或合光，具有体积小、损耗小、对波长不敏感、工艺容差大等优点，缺点在于无法做成很大的带宽。因为这些优点，多模干涉耦合器在光子集成芯片中的应用越来越广泛。通常在输入输出端的条形波导和多模干涉区之间加一个锥形波导，使模斑更加匹配减小器件的损耗。
[0006]阵列波导光栅(AWG)由输入波导、两个自由传输区、阵列波导和输出波导组成。通过阵列波导的长度差产生相位差，同一波长的光发生干涉，不同波长的光聚焦到不同的输出口。根据光路的可逆性，实现波分复用的功能。阵列波导光栅的损耗和串扰较小、既能做成宽带也能做成窄带，多通道且工艺容差大，但缺点在于需要考虑的参数多，设计复杂，且器件的尺寸较大，对温度也较为敏感。

技术实现思路

[0007]本专利技术为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种宽带片上合束器件，功率大、损耗小、带宽大，结构紧凑，面积小。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种宽带片上合束器件，包括作为输入端的多个基于马赫曾德尔干涉仪的有源宽带合束器件和作为输出端的超宽带宽合束器件；所述的有源宽带合束器输入端具有两个输入口，输出端具有一个输出口，多个有源宽带合束器件呈二叉树结构连接，末尾一级的两个有源宽带合束器件通过第一弯曲波导与
超宽带宽合束器件连接，从而实现光的合束。
[0009]在其中一个实施例中，所述的有源宽带合束器件包括第一多模干涉耦合器、第二弯曲波导、第一加热臂、第二加热臂、第三弯曲波导、第二多模干涉耦合器；所述的第一多模干涉耦合器具有两个输入口和两个输出口，所述的第二多模干涉耦合器具有两个输入口和一个输出口；所述的第一多模干涉耦合器的两个输出口分别通过第二弯曲波导与第一加热臂和第二加热臂的输入端连接，第一加热臂和第二加热臂的输出端分别通过第三弯曲波导与第二多模干涉耦合器的两个输入口连接。
[0010]在其中一个实施例中，上一级的有源宽带合束器件的第二多模干涉耦合器的输出口与下一级的有源宽带合束器件的第一多模干涉耦合器的其中一个输入口连接；相邻两级有源宽带合束器件之间通过第四弯曲波导连接。
[0011]在其中一个实施例中，所述的有源宽带合束器件的多个输入口，一部分为短波长的光路，一部分为长波长的光路；每个带内的波长间距根据第一多模干涉耦合器和第二多模干涉耦合器的带宽定义。
[0012]在其中一个实施例中，在同一个时域内，带内一个波长的激光将依次通过两个第一多模干涉耦合器和一个第二多模干涉耦合器，最后通过第一弯曲波导输入到超宽带宽合束器件；激光从多个有源宽带合束器件中的一个输入口输入，经过第一多模干涉耦合器后分离成两个功率相等的光，再通过第一加热臂和第二加热臂调制相位，在第二多模干涉耦合器上合成一束损耗很小的光，最后通过第一弯曲波导输入到超宽带宽合束器件。
[0013]在其中一个实施例中，输入光经过第一多模干涉耦合器后光程大的输出口超前光程小的输出口通过加热第一加热臂或第二加热臂，使两个输入口的光输入到第二多模干涉耦合器之前的相位差为0或2π的整数倍；其中，第一加热臂和第二加热臂的作用在于将经过第一多模干涉耦合器等功率但不相干的光，调制到相等相位或相差2π的整数倍，使经过第二多模干涉耦合器合束的光功率达到最大。
[0014]其中，通过第一加热臂和第二加热臂调制光的方式包括热光调制、电光调制、载流子调制。调制的方式还可以是其他形式，不限于以上三种方式。
[0015]在其中一个实施例中，所述的有源宽带合束器件为推挽式输出，当两个不同波长的光进入到有源宽带合束器件，其中一个波长的光分裂之后产生两束光的相位差为0或2π的整数倍，另一个波长的光分裂后产生的两束光的相位差为π的奇数倍。这种相位情况为最佳的分束情况。可根据实际情况调节不同分束和合束的光功率。
[0016]在其中一个实施例中，所述的超宽带宽合束器件包括第五弯曲波导和锥形耦合器；所述的第五弯曲波导用于控制锥形耦合器的间距进而控制耦合长度；所述的锥形耦合器包括交叉波导和直通波导，通过改变锥形波导的带宽使交叉波导的光耦合到直通波导，从而实现光的合束。
[0017]在其中一个实施例中，对于交叉波导，通过逐渐减小锥形波导的宽度减小有效折射率，使长波长的光耦合到直通波导；对于直通波导，通过逐渐增大锥形波导的宽度增大有效折射率，使短波长的光不耦合到其他波导，能够全部留在直通波导。
[0018]在其中一个实施例中，能够通过调整锥形耦合器的间距和锥形耦合器的锥形波导改变耦合效率。在同一耦合长度下，交叉波导和直通波导传输效率相等的波长定义为交叉波长。随着耦合器长度的变化，交叉波长也会发生偏移。因此，可以微调耦合器的间距和锥
形波导的斜率改变耦合效率。
[0019]在本专利技术中，宽带片上合束器件主要包括两部分：由马赫曾德尔干涉仪组成的有源带内合束器件和超宽带宽合束器件。该器件由多个输入口组成，一部分为长波长，一部分为短波长。输入光波长可以是多模干涉耦合器带宽范围内的任一波长。通过对有源带内合束器件的加热臂通电，可实现推挽式输出。超宽带宽合束器件的功率大、损耗小、带宽大，可实现几千纳米波长间隔的片上合束。
[0020]与现有技术相比，有益效果是：本专利技术提供的一种宽带片上合束器件，功率大、损耗小、带宽大，可实现几千纳米波长间隔的合束，推挽式输出，结构紧凑、面积小。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的整体结构示意图。
[0022]图2是本专利技术有源宽带合束器件的结构示意图。
[0023]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带片上合束器件，其特征在于，包括作为输入端的多个基于可调谐的马赫曾德尔干涉仪的有源宽带合束器件(1)和作为输出端的超宽带宽合束器件(2)；所述的有源宽带合束器的输入端具有两个输入口，输出端具有一个输出口，多个有源宽带合束器件(1)呈二叉树结构连接，末尾一级的两个有源宽带合束器件(1)通过第一弯曲波(3)导与超宽带宽合束器件(2)连接，从而实现光的合束。2.根据权利要求1所述的宽带片上合束器件，其特征在于，所述的有源宽带合束器件(1)包括第一多模干涉耦合器(5)、第二弯曲波导(6)、第一加热臂(7)、第二加热臂(8)、第三弯曲波导(9)、第二多模干涉耦合器(10)；所述的第一多模干涉耦合器(5)具有两个输入口和两个输出口，所述的第二多模干涉耦合器(10)具有两个输入口和一个输出口；所述的第一多模干涉耦合器(5)的两个输出口分别通过第二弯曲波导(6)与第一加热臂(7)和第二加热臂(8)的输入端连接，第一加热臂(7)和第二加热臂(8)的输出端分别通过第三弯曲波导(9)与第二多模干涉耦合器(10)的两个输入口连接。3.根据权利按要求2所述的宽带片上合束器件，其特征在于，上一级的有源宽带合束器件(1)的第二多模干涉耦合器(10)的输出口与下一级的有源宽带合束器件(1)的第一多模干涉耦合器(5)的其中一个输入口连接；相邻两级有源宽带合束器件(1)之间通过第四弯曲波(4)导连接。4.根据权利按要求2所述的宽带片上合束器件，其特征在于，所述的有源宽带合束器件(1)的多个输入口，一部分为短波长的光路，一部分为长波长的光路；每个带内的波长间距根据第一多模干涉耦合器(5)和第二多模干涉耦合器(10)的带宽定义。5.根据权利按要求4所述的宽带片上合束器件，其特征在于，在同一个时域内，带内一个波长的激光将依次通过两个第一多模干涉耦合器(5)和一个第二多模干涉耦合器(10)，最后通过第一弯曲波(3)导输入到超宽带宽合束器件(2)；激光从多个有源宽带合束器件(1)中的一个输入口输入，经过第一多模干涉耦合器(5)后分离成两个功率相等的光，再...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞军，王贤耿，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：