片上光隔离装置和方法制造方法及图纸

本申请提出了一种片上光隔离装置，用于允许第一方向的目标频率的光通过但阻碍第二方向的目标频率的光通过，且第一方向和第二方向互为相反的方向，包括：第一滤波器，被配置成仅允许目标频率的光通过；行波调制器，包含用行波调制信号对光进行调制的调制区，行波调制信号被设置成在调制区不调制第一方向的目标频率的光，但调制第二方向的目标频率的光，行波调制器和第一滤波器依次沿第二方向布置，使得第二方向的目标频率的光先经过行波调制器后到达第一滤波器。到达第一滤波器。到达第一滤波器。

【技术实现步骤摘要】
片上光隔离装置和方法


[0001]本公开涉及光隔离领域，尤其涉及片上光隔离装置和方法。

技术介绍

[0002]在光链路中，由于光波的传输通常可以是双向的（即光波能够以正向或反向传输），因此光链路中往往存在反射光。在许多光应用场景中，存在于光链路中的反射光可能会对光应用造成负面影响。例如，反射回光源（例如激光器光源等）的反射光容易对光源输出光谱的稳定性产生负面影响（例如导致激光器光源输出的噪声增加等），因此需要光隔离装置在不阻碍非反射光的情况下对反射光进行隔离。
[0003]随着半导体领域对光隔离需求的日益增加，迫切需要能集成到半导体芯片上的光隔离器。然而，现有的光隔离器通常基于法拉第磁光效应，这使得它们难以通过半导体工艺及材料制造，更难以集成到半导体芯片（如光芯片等）上。这些缺点使得现有的光隔离器无法满足半导体领域日渐增长的光隔离需求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本公开提供了片上光隔离装置和方法，期望克服上面提到的部分或全部缺陷以及其它可能的缺陷。
[0005]根据本公开的第一方面，提供了一种片上光隔离装置，用于允许第一方向的目标频率的光通过但阻碍第二方向的目标频率的光通过，且第一方向和第二方向互为相反的方向。该片上光隔离装置包括第一滤波器和行波调制器。第一滤波器被配置成仅允许目标频率的光通过。行波调制器包含用行波调制信号对光进行调制的调制区，行波调制信号被设置成在调制区不调制第一方向的目标频率的光，但调制第二方向的目标频率的光，致使第一方向的目标频率的光经过调制区后其频率仍是目标频率，而第二方向的目标频率的光经过调制区后其频率不再是目标频率。行波调制器和第一滤波器依次沿第二方向布置，使得第二方向的目标频率的光先经过行波调制器后到达第一滤波器。
[0006]在一些实施例中，调制区具有用于引导光的光波导，光波导的折射率与行波调制信号的幅值相关。
[0007]在一些实施例中，行波调制信号的幅值以预定频率f周期性地变化。预定频率f被设置成使得第一方向的目标频率的光的相位在光波导的调制量为0，第二方向的目标频率的光的相位在光波导的调制量非0，致使第一方向的目标频率的光经过光波导后其频率不发生改变，但第二方向的目标频率的光经过光波导后其频率发生改变。
[0008]在一些实施例中，行波调制信号沿第二方向传播，预定频率f满足：f = kc/[(n
m
+n
o
)L]其中，k是正整数，c是真空中的光速，L是调制区的长度，n
m
是行波调制信号在调制区的折射率，n
o
是目标频率的光在调制区未施加行波调制信号时的折射率。
[0009]在一些实施例中，调制区还包括供行波调制信号传播的信号介质，行波调制信号
在信号介质中沿第二方向传播，信号介质被配置成使得行波调制信号在信号介质中的折射率n
m
与目标频率的光在光波导中的折射率n
o
相等。
[0010]在一些实施例中，光波导由电光材料制成，电光材料的折射率与外加电场相关，行波调制信号是电信号，用于生成或改变外加电场。
[0011]在一些实施例中，光波导由声光材料制成，行波调制信号由声波组成，声光材料的折射率受声波调制。
[0012]在一些实施例中，光波导的折射率通过外加电场改变波导的载流子浓度分布，行波调制信号是电信号，用于生成或改变外加电场。
[0013]在一些实施例中，行波调制器具有干涉仪结构，包括：第一光分离
‑
组合器，用于分离第一方向的光或组合第二方向的光，第二光分离
‑
组合器，用于分离第二方向的光或组合第一方向的光，第一波导和第二波导，均与第一光分离
‑
组合器和第二光分离
‑
组合器耦合，用于引导第一光分离
‑
组合器和第二光分离组合器之间的光，调制区布置在第一波导或第二波导上。
[0014]在一些实施例中，行波调制器具有微环谐振结构，包括：至少一条直波导及与至少一条直波导耦合的至少一个环形波导，调制区布置在环形波导上。
[0015]在一些实施例中，第一滤波器具有基于目标频率设置的通带。
[0016]在一些实施例中，第一滤波器具有微环谐振腔结构、光栅结构和马赫
‑
曾德尔干涉仪结构中的一种。
[0017]在一些实施例中，还包括第二滤波器，其被配置成仅允许目标频率的光通过，第二滤波器、行波调制器和第一滤波器依次沿第二方向布置，使得第二方向的目标频率的光将依次经过第二滤波器、行波调制器和第一滤波器。
[0018]根据本公开的第二方面，提供了一种经由片上光隔离装置进行光隔离的方法。该方法包括用于允许第一方向的目标频率的光通过的第一步骤组和阻碍第二方向的目标频率的光通过的第二步骤组，第一方向和第二方向互为相反的方向。第一步骤组包括：利用第一滤波器允许第一方向的目标频率的光通过，利用行波调制器对通过第一滤波器的第一方向的目标频率的光不进行调制，致使第一方向的目标频率的光经过行波调制器后其频率仍是目标频率。第二步骤组包括：利用行波调制器对第二方向的目标频率的光进行调制，致使第二方向的目标频率的光经过调制区后其频率不再是目标频率，利用第一滤波器阻碍沿第二方向经过行波调制器后不再是目标频率的光。其中，第一滤波器被配置成仅允许目标频率的光通过，行波调制器包含用行波调制信号对光进行调制的调制区，行波调制信号被设置成在调制区不调制第一方向的目标频率的光，但调制第二方向的目标频率的光。
[0019]在本公开要求保护的片上光隔离装置和方法中，利用可以通过半导体工艺及材料制造的滤波器和行波调制器，提出了一种能集成到半导体芯片上（例如集成到现有的光芯片上）的片上光隔离装置，用于允许第一方向的目标频率的光通过但阻碍第二方向的目标频率的光通过。该光隔离装置包括：沿第一方向布置的第一滤波器和行波调制器，第一滤波器和行波调制器均可以集成到半导体芯片上。第一滤波器的通带可以设置为目标频率范围，行波调制器被设置成对沿第一方向传播的光不调制但对沿第二方向传播的光调制，其中第一方向和第二方向互为相反的方向。当目标频率的光沿第一方向输入光隔离器时，将依次经过第一滤波器和行波调制器。由于该光是目标频率，所以经过第一滤波器时无损耗
Communication）领域，可实现光通信系统中电信号和光信号之间的相互转换。
[0027]滤波器（band
‑
pass filter）：又称带通滤波器，是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。
[0028]通带（filter transmission band）：又称滤波器通带。滤波器作为一种双端口网络，它在某一规定的频率范围内，对信号的衰耗很小或为零，使信号容易通过，这个频率范围即滤波器的通带。
[0029]行波（travelling wave）：指平面波在传输线上的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片上光隔离装置，用于允许第一方向的目标频率的光通过但阻碍第二方向的所述目标频率的光通过，且所述第一方向和所述第二方向互为相反的方向，其特征在于，包括：第一滤波器，所述第一滤波器被配置成仅允许所述目标频率的光通过；行波调制器，所述行波调制器包含用行波调制信号对光进行调制的调制区，所述行波调制信号被设置成在所述调制区不调制所述第一方向的目标频率的光，但调制所述第二方向的目标频率的光，致使所述第一方向的目标频率的光经过所述调制区后其频率仍是所述目标频率，而所述第二方向的目标频率的光经过所述调制区后其频率不再是所述目标频率；其中，所述行波调制器和所述第一滤波器依次沿所述第二方向布置，使得所述第二方向的目标频率的光先经过所述行波调制器后到达所述第一滤波器。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调制区具有用于引导光的光波导，所述光波导的折射率与所述行波调制信号的幅值相关。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述行波调制信号的幅值以预定频率f周期性地变化，所述预定频率f被设置成使得所述第一方向的目标频率的光的相位在所述光波导的调制量为0，所述第二方向的目标频率的光的相位在所述光波导的调制量非0，致使所述第一方向的目标频率的光经过所述光波导后其频率不发生改变，但所述第二方向的目标频率的光经过所述光波导后其频率发生改变。4. 根据权利要求3所述的装置，其中，所述行波调制信号沿所述第二方向传播，所述预定频率f满足：f = kc/[(n
m
+n
o
)L]其中，k是正整数，c是真空中的光速，L是所述调制区的长度，n
m
是所述行波调制信号在所述调制区的折射率，n
o
是所述目标频率的光在所述调制区未施加行波调制信号时的折射率。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述调制区还包括供所述行波调制信号传播的信号介质，所述行波调制信号在所述信号介质中沿所述第二方向传播，所述信号介质被配置成使得所述行波调制信号在所述信号介质中的折射率n
m
与所述目标频率的光在所述光波导中的折射率n
o
相等。6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述光波导由电光材料制成，所述电光材料的折射率与外加电场相关，所述行波调制信号包括电信号，用于生成或改变所述外加电场。7.根据权利要求2所述的装置，其中，所述光波导由声光材料制成，所述行波调制信号包括声波信号，所述声光材料的折射率受声波调制。8.根据权利要求2所述的装置，其中，所述光波导的折射率通过外加电场改变所述波导的载流子浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：付思东，孙敏，封建胜，
申请(专利权)人：腾讯科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：