可调相干探测器结构制造技术

本发明专利技术公开了一种可调相干探测器结构，其包括有连接于2×4多模相干耦合器的两根输入波导、用以解调出两对同步信号的一个2×4多模相干耦合器、用以造成局部折射率变化的一个可调电极、用以将同步信号转变为正交信号的一个2×2多模相干耦合器、四根输出波导和两对平衡探测器；该2×4多模相干耦合器的输出端与2×2多模相干耦合器的输入端直接相连，该可调电极位于两多模相干耦合器连接处的上方；两根输出波导连接于2×4多模相干耦合器的输出端，另外两根输出波导连接于2×2多模相干耦合器的输出端；该两对平衡探测器与四根输出波导对准。本发明专利技术的可调相干探测器结构可以无交叉地实现信号解调，且具有更大的容差和工作带宽。

【技术实现步骤摘要】
可调相干探测器结构
本专利技术涉及一种通信用光电子器件，特别是涉及一种无交叉地实现信号解调、具有更大的容差和工作带宽的可调相干探测器结构。
技术介绍
近年来，100Gbit/s的相干光纤通信系统被广泛研究，集成相干接收机是高速相干通信系统的关键器件之一，它包含了偏振分束器、90度光混合器、平衡探测器及跨阻放大器等基本组件。在这些组件中，90度光混合器按实现形式可分为自由空间型、光纤型和波导型三大类。其中自由空间型和光纤型已有商用化的分离器件，但这些分离器件体积都太大，不适合与平衡探测器等其它组件集成。波导型的光混合器可以在二氧化硅、磷化铟、铌酸锂和聚合物等多种材料上实现，具有体积小、成本低、适合集成等优点，目前正被大量研究。在波导上实现90度光混合器的结构主要有两种，一种结构如图1所示，它是由四个3dB耦合器组成的光子网络，中间由单模波导连接，其中一个支路上有一个90度相移器。当信号光进入到其中一个输入端口后，经过两次分束，在输出端口变成四路强度相同的信号光，由于这四路光走过的路径不同，所以在输出端口具有不同的相位。同理，本振光进入到另一个输入端口后，也将被分成四路，在输出端口具有相同的强度和不同的相位。这四路本振光和信号光相干，在输出端口会表现出不同的强度分布，即将相位信息转换为强度信息，最后通过平衡探测器进行光电转换，得到解调后的电信号。另一种结构如图2所示，由一个4×4多模相干耦合器和输入输出波导构成。它的工作原理是多模波导的自成像效应，当光进入到任意一个输入端口时，会在输出端口成四个强度相等但相位不同的像。如果信号光和本振光非对称地输入到4×4多模相干耦合器，在输出端将得到解调后的光信号，最后再经平衡探测器转换为电信号。这两种结构有一个共同的缺点，即信号都需要交叉，而交叉会带来串扰和损耗，需要在交叉处进行特别的工艺处理。在2010年，日本的富士通提出了一种如图3所示的90度光混合器新结构。它由一个2×4多模相干耦合器和一个2×2耦合器组成，中间由两根单模波导连接。其中一根为普通波导，另一根为蝶形波导，以形成一定的相位差。这种结构能避免交叉，方便与平衡探测器集成。但也存在如下缺点：1．蝶形波导所引入的相位只能保证对某一个波长非常精确，对其它波长的会有偏差，而90度光混合器本身是一个宽带器件，因此蝶形波导会限制其工作带宽。2．蝶形波导本身会引入一定的损耗。3．蝶形波导比多模相干耦合器的制作容差更小，对工艺要求非常高，不适合大批量生产。因此如何避免使用蝶形波导，而又能同时实现无交叉的信号解调，为本专利技术亟待解决的问题。
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可以无交叉地实现信号解调，且具有更大的容差和工作带宽的可调相干探测器结构。为达到上述目的，本专利技术提供一种可调相干探测器结构，其包括有两根输入波导、用以解调出两对同步信号的一个2×4多模相干耦合器、用以造成局部折射率变化的一个可调电极、用以将同步信号转变为正交信号的一个2×2多模相干耦合器、四根输出波导和两对平衡探测器；其中，该2×4多模相干耦合器的输出端与2×2多模相干耦合器的输入端直接相连，该可调电极位于2×4多模相干耦合器与2×2多模相干耦合器连接处的上方；该两根输入波导连接于该2×4多模相干耦合器的输入端，并相对于该输入端中间处对称地分布；其中两根输出波导连接于2×4多模相干耦合器的输出端，另外两根输出波导连接于2×2多模相干耦合器的输出端；该两对平衡探测器与四根输出波导对准。所述2×4多模相干耦合器基于成对干涉，该两根输入波导分别距离所述2×4多模相干耦合器的输入端的两个缘边1/3处。所述2×4多模相干耦合器基于一般干涉，该两根输入波导分别距离所述2×4多模相干耦合器的输入端的两个缘边1/4或1/8处。所述可调电极的宽度为所述2×4多模相干耦合器宽度的1/4。所述可调电极为热电极，所述可调电极位于所述2×4多模相干耦合器的边缘。所述可调电极为注入式电极，所述可调电极位于所述2×4多模相干耦合器的中间。所述2×2多模相干耦合器是基于成对干涉或一般干涉。连接于所述2×4多模相干耦合器的两根输出波导与另外两根输出波导长度不一致，用以调节输出光信号的光程，使光信号同时到达两对平衡探测器。本专利技术的可调相干探测器结构可达到如下技术效果：1．本专利技术引入了一个可调电极，与蝶形波导的方式相比，可以在更宽的范围内达到最好的输出效果；2．本专利技术采用2×4和2×2多模相干耦合器直接级联的方式，中间无蝶形波导，既减小了损耗，又缩短了器件的尺寸；3．电极的制作工艺成熟，制作容差更大。附图说明图1是现有技术中由3dB耦合器组成的90度光混合器示意图；图2是现有技术中由4×4多模相干耦合器实现的90度光混合器示意图；图3是现有技术中无交叉90度光混合器示意图；图4是本专利技术可调相干探测器结构的结构示意图；图5是本专利技术中当只有一个端口由光输入时，输出光电流随电极电流的变化关系图；图6是本专利技术中当信号光与本振光同时输入时，输出光电流随信号相位变化情况；图7是本专利技术中当输入信号光的相位分别为-π/2，0，π/2和π时，本专利技术中的光场分布情况。具体实施方式为便于对本专利技术的结构及达到的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施例详细说明如下。如图4所示，本专利技术可调相干探测器结构包括有两根输入波导1、一个2×4多模相干耦合器2、一个可调电极3、一个2×2多模相干耦合器4、四根输出波导5和两对平衡探测器6。上述各元件的位置关系是：该2×4多模相干耦合器2的输出端与2×2多模相干耦合器4输入端直接相连，可调电极3位于2×4多模相干耦合器2与2×2多模相干耦合器4连接处的上方；所述的两根输入波导1连接于2×4多模相干耦合器2的输入端，并相对于该输入端中间处对称地分布；所述输出波导5中的两根连接于2×4多模相干耦合器2的输出端，另外两根输出波导5连接于2×2多模相干耦合器4的输出端；所述两对平衡探测器6与四根输出波导5对准。本专利技术中的输入波导1为单模波导，2×4多模相干耦合器2的工作原理为成对干涉或一般干涉，其作用是解调出两对I（包括I+与I-）信号（同步信号（in-phasesignal））。当2×4多模相干耦合器2基于成对干涉时，两根输入波导1分别距离2×4多模相干耦合器2的输入端的两个缘边1/3处；当2×4多模相干耦合器2基于一般干涉时，两根输入波导1分别距离2×4多模相干耦合器2的输入端的两个缘边1/4或1/8处。本专利技术中的可调电极3的宽度为2×4多模相干耦合器2宽度的1/4，该可调电极3的种类可为热电极或电注入式电极，其作用是造成局部折射率变化，当可调电极3为热电极时，其位置位于2×4多模相干耦合器2的边缘；当可调电极3为注入式电极时，其位置位于2×4多模相干耦合器2的中间。本专利技术中的2×2多模相干耦合器4的工作原理为成对干涉或一般干涉，其作用是使输入到2×2多模相干耦合器4中的I信号相位发生偏转，变为Q（包括Q+与Q-）信号（正交信号（quadratue））。所述输出波导5为四根单模波导，其连接2×4多模相干耦合器2的两根与另外两根长度不一致，其作用是调节输出光信号的光程，使光信号同时到达两对平衡探测器6。在本专利技术实施实例中，以2×4多模相干耦合器2和2×2多模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调相干探测器结构，其特征在于，其包括有两根输入波导、用以解调出两对同步信号的一个2×4多模相干耦合器、用以造成局部折射率变化的一个可调电极、用以将同步信号转变为正交信号的一个2×2多模相干耦合器、四根输出波导和两对平衡探测器；其中，该2×4多模相干耦合器的输出端与2×2多模相干耦合器的输入端直接相连，该可调电极位于2×4多模相干耦合器与2×2多模相干耦合器连接处的上方；该两根输入波导连接于该2×4多模相干耦合器的输入端，并相对于该输入端中间处对称地分布；其中两根输出波导连接于2×4多模相干耦合器的输出端，另外两根输出波导连接于2×2多模相干耦合器的输出端；该两对平衡探测器与四根输出波导对准。

【技术特征摘要】
1.一种可调相干探测器结构，其特征在于，其包括有两根输入波导、用以解调出两对同步信号的一个2×4多模相干耦合器、用以造成局部折射率变化的一个可调电极、用以将同步信号转变为正交信号的一个2×2多模相干耦合器、四根输出波导和两对平衡探测器；其中，该2×4多模相干耦合器的输出端与2×2多模相干耦合器的输入端直接相连，该可调电极位于2×4多模相干耦合器与2×2多模相干耦合器连接处的上方；该两根输入波导连接于该2×4多模相干耦合器的输入端，并相对于该输入端中间处对称地分布；其中两根输出波导连接于2×4多模相干耦合器的输出端，另外两根输出波导连接于2×2多模相干耦合器的输出端；该两对平衡探测器与四根输出波导对准；连接于所述2×4多模相干耦合器的两根输出波导与另外两根输出波导长度不一致，用以调节输出光信号的光程，使光信号同时到达两对平衡探测器。2.如权利要求1所述的可调相干探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫华，米全林，余向红，
申请(专利权)人：武汉电信器件有限公司，
类型：发明
国别省市：