本发明专利技术公开了一种用于粗波分解复用的混合集成平面波导探测器芯片，包括输入端口区和探测器阵列区；该芯片的输入端口区和探测器阵列区之间还设有波导区；所述波导区包含一个输入波导、三个马赫-曾德尔干涉仪及四个输出波导；所述输入端口区位于该芯片的输入端，包括一个置于V型槽的输入光纤，所述V型槽后设有凹槽，凹槽与所述波导区的输入波导相连；所述波导区的输出波导与所述探测器阵列区相接。能够利用混合集成技术与平面集成技术相结合，实现CWDM解复用器件的多通道单纤传输和小型化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光通信领域的波分复用器件，尤其涉及一种用于粗波分解复用(CWDM， 又名稀疏波分复用)的混合集成平面波导探测器芯片。
技术介绍
采用混合集成技术与平面波导技术实现小型化有源器件是现今光有源器件发展的趋势之一。混合集成技术可以将有源光元件(如半导体激光器芯片、探测器芯片、TIA、调制器等)、无源光波导元器件(如PLC波导芯片、薄膜滤波片及衍射光栅等)、电传输线、沟槽及具有固定作用的V型槽等集成在具有共同衬底的芯片上，从而实现器件的小型化。平面波导技术利用具有复用/解复用作用的功能元件，如马赫-曾德尔干涉仪、多模波导光开关、方向耦合器、光学梳状滤波器、阵列波导光栅等，可以实现激光的多波长传输、复用、解复用。波导本身具有滤波的特性。平面波导技术可以免去常规有源器件中薄膜滤波片的应用，可以简化结构、减少生产工序，同时对器件的发展具有推动意义。现有光通信用双波长、多波长的有源器件，诸如单纤双向器件、单纤三向器件多采用TO型封装、薄膜滤波片复用/解复用的形式，只能实现宽波长间隔的多波长的分离，对于窄波长间隔的粗波分复用(CWDM)、密集波分复用(DWDM)的多波长信号则无法分离。平面波导技术可以实现具有窄波长间隔的多波长的复用/解复用。阵列波导光栅可以实现多通道信号的分离，但是成本高，体积较大；光学梳状滤波器，可以实现多通道信号的分离，并且光谱特性优异，但是其结构采用多级滤波结构，体积大，且技术并不完善；利用马赫-曾德尔干涉仪的滤波特性，选择合适的结构及参数，配合方向耦合器或者多模耦合器，可以实现具有窄波长间隔的多波长的解复用，其体积适中，滤波特性较好，合适于通道数较少的复用 /解复用场合。在已经报道的多通道解复用探测器结构中，主要有两种结构，一种为光纤通信干路中利用体积较大的复用/解复用器实现多通道的解复用，该结构的解复用器与探测器等有源器件本身相分离，未实现集成化，另一种结构为将解复用结构与有源器件混合集成，但一条输入光纤对应一个探测器，未能实现单纤传输。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种用于粗波分解复用的混合集成平面波导探测器芯片，利用混合集成技术与平面集成技术相结合，以实现CWDM解复用器件的多通道单纤传输和小型化。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的用于粗波分解复用的混合集成平面波导探测器芯片，包括输入端口区和探测器阵列区；该芯片的输入端口区和探测器阵列区之间还设有波导区；所述波导区包含一个输入波导、三个马赫-曾德尔干涉仪及四个输出波导；所述输入端口区位于该芯片的输入端，包括一个置于V型槽的输入光纤，所述V型槽后设有凹槽，凹槽与所述波导区的输入波导相连；所述波导区的输出波导与所述探测器阵列区相接。其中，所述三个马赫-曾德尔干涉仪分别为一个四波长解复用马赫-曾德尔干涉仪和两个双波长解复用马赫-曾德尔干涉仪；其中，所述四波长解复用马赫-曾德尔干涉仪的输入端与所述输入波导相连，其输出端分别与所述两个双波长解复用马赫-曾德尔干涉仪的输入端相接，以实现光波的传递。所述的每个马赫-曾德尔干涉仪均包括一个50 0 50的3X3直波导耦合器、 干涉臂以及一个50 50的2X2方向耦合器。该芯片芯层材料为GeSi/Si、GaAs/GaAlAs、SOI、LiNb03。所述波导区在硅基之上生长二氧化硅SiO2下包层，其上生长有掺杂的芯层，所述芯层之上镀SW2上包层，芯区呈埋入式结构。所述芯层的折射率为0.75%或1.5%。所述的马赫-曾德尔干涉仪输入端口采用50 50耦合器，其结构采用如下方式中的至少一种(a) 3X3耦合器，(b) 3X3直波导耦合器，(c) 2X2耦合器，(d) 1X2耦合器， (e) 1X2直波导耦合器。所述的马赫-曾德尔干涉仪的干涉臂结构至少采用如下方式中的一种(a)双弧波导型，(b)单弧波导型，(C)对称波导型。所述探测器阵列位于硅基平台上。本专利技术所提供的用于粗波分解复用的混合集成平面波导探测器芯片，具有以下优占.^ \\\ ·该芯片采用较成熟的混合集成技术和平面波导技术，在硅基上镀SiO2W波导包层，并在包层内生长掺杂Ge的SiA芯层，整个波导呈埋入式结构；芯片包括输入端口区、平面光路(PLC)波导区及探测器阵列；还可以将单纤输入的具有窄波长间隔的四个波长独立分开，芯片本身具有分波长、滤波的特性，传输效率高、隔离度较高、体积小、材料简单、易制作，能够满足CWDM四波长解复用的需求。附图说明图1为本专利技术实施例的1X4解复用平面波导芯片主视图；图2为本专利技术实施例的1X4解复用平面波导芯片侧视图；图3为本专利技术所示芯片添加SCC元件后的波导区主视图；图4为马赫-曾德尔干涉仪(MZI-I)结构示意图；图5为方向耦合器的各种结构方式示意图；图6为无源型马赫-曾德尔干涉仪干涉臂的结构示意图；图7为双波长滤波结构示意图；图8为双波长马赫-曾德尔干涉仪解复用示意图；图9为芯片结构实例一示意图；图10为芯片结构实例二示意图。具体实施例方式下面结合附图及本专利技术的实施例对本专利技术的产品作进一步详细的说明。如图1所示，所示1X4平面波导芯片主要由三大部分组成输入端口区1、波导区 2以及探测器阵列区3。该芯片结构分布为输入端口区1，位于芯片的输入端，包括一个V 型槽4、输入光纤5，所述输入光纤5置于V型槽4内，V型槽4后设置有凹槽6，凹槽6后为波导区2。所述波导区2包含一个输入波导7、三个马赫-曾德尔干涉仪9、13、14及4个输出波导。在所述4个输出波导之后接探测器阵列17，探测器阵列17位于硅基平台18上。 三个马赫-曾德尔干涉仪分别为一个四波长解复用马赫-曾德尔干涉仪9和两个双波长解复用马赫-曾德尔干涉仪13、14，所述双波长马赫-曾德尔干涉仪13、14分别与四波长解复用马赫-曾德尔干涉仪9的一个输出端口相接，以实现光波的传递。马赫-曾德尔干涉仪包括一个50 0 50的3X3直波导耦合器8、11、12，干涉臂及50 50的2X2方向耦合器 10,15 和 16。如图2所示，所示芯片芯层的材料可采用锗硅(GeSi)/硅(Si)、砷化镓(GaAs)/砷镓铝(GaAlAs)、绝缘衬底上的硅(SOI)、铌酸锂(LiNbO3)等制备，以GeSi/Si材料为例，硅基18为衬底，根据三个不同区域，硅基上方区域的制作方式不同。 输入光纤端口区1在硅基上刻蚀V型槽4，所述V型槽4的位置与波导区1的输入波导7相匹配。该区域制作工艺与波导区S^2的生长制作工艺不同，为便于制作，在两个区域的边界处刻蚀凹槽6，用于隔开两个区域，使制作时互不干扰。波导区在硅基之上生长SiO2下包层19，其上生长有掺杂(如Ge)的芯层20，芯层 20之上镀SW2上包层21，芯区呈埋入式结构，如图2所示。芯层的折射率根据不同的需要而定，其配选的方案主要有两种①相对折射率差△为0. 75%，波导为矩形波导，截面横向尺寸为6umX6um，用于常规波导芯片的需求；②相对折射率差Δ为1. 5 %，波导为矩形波导，截面横向尺寸为4umX4um，用于较小型化芯片的需求。根据折射率的不同，波导区与探测器阵列区有两种可选结构①相对折射率差Δ为0.75%时，为了匹配输入光纤5与波导区矩形波导7的模场半径，需要在波导区域的输入本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．用于粗波分解复用的混合集成平面波导探测器芯片，包括输入端口区和探测器阵列区；其特征在于，该芯片的输入端口区和探测器阵列区之间还设有波导区；所述波导区包含一个输入波导、三个马赫－曾德尔干涉仪及四个输出波导；所述输入端口区位于该芯片的输入端，包括一个置于Ｖ型槽的输入光纤，所述Ｖ型槽后设有凹槽，凹槽与所述波导区的输入波导相连；所述波导区的输出波导与所述探测器阵列区相接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡百泉，刘成刚，米全林，
申请(专利权)人：武汉电信器件有限公司，
类型：发明
国别省市：83
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