专利名称：2x1光双波合路平面光波光路调制器的制作方法
技术领域：
本发明属于集成光电子技术领域，涉及一种新型的无源集成光器件，具体地说是一种2×1光双波合路平面光波光路调制器。
背景技术：
光调制器/开关器是密集波分复用(DWDM)光通信系统、光计算机系统等的核心器件之一，其性能决定了整个系统的性能。对于单波长信道的码速率10Gbit/s以上的高速光纤传输系统，激光器的直接调制方式已不能满足系统性能的需求，采用外调制器进行光信号调制的方式(激光器作为连续光源)是必然的选择，这是因为光信号的外调制方式可以获得很窄的调制信号带宽以降低光纤色散的影响，同时，还可以利用调制器产生的啁啾(chirp)，部分地补偿光纤的色散效应及非线性效应的不利影响；另外，平面光波光路调制器/开关易与半导体异质结激光器等器件单片集成，便于构成未来各类小型化光子系统。目前已出现的平面光波光路调制器/开关通常是1×1或2×2输入/输出端口的，限制了与其他光器件集成时的排列自由度和光信号的传输以及增加调制器/开关的使用数量，三、发明内容本发明的目的是要克服现有技术的缺点，提供一种2×1光双波合路平面光波光路调制器，该调制器可用一个调制器解决两路光信号的调制/开关问题，对两路光信号共用一个调制器/开关进行调制，以便节省调制器/开关的使用数量、提高器件性能、缩小体积、提高集成度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种2×1光双波合路平面光波光路调制器，其特征在于它包括输入光波光路、定向耦合器、调制电极、M-Z干涉仪和输出光波光路，两路输入光波光路分别与光信号输入端连接，输入的光信号经过定向耦合器耦合和调制电极调制后，在M-Z干涉仪的作用下由一路输出光波光路输出。
本发明中，所述定向耦合器将两路输入的光信号耦合成符合M-Z干涉仪发生干涉作用的光信号。所述调制电极施加调制电压，使定向耦合器被调整为3dB功率分配器，光信号经过M-Z干涉仪发生干涉作用后，在输出端口处的光功率为零。所述调制电极不施加调制电压，光信号经过M-Z干涉仪后不发生干涉作用，在输出端口处的光功率为最大。
本发明中所述调制电极的设置可以有以下两种方案当调制电极分别设置在经过定向耦合器耦合后的两路光波光路上时，如附图1所示，相邻波长的光信号λ1、λ2从定向耦合器的左边两路光波光路输入，通过对定向耦合器耦合光波光路上的两个电极施加调制电压，调整调制电压/开关电压的大小，当定向耦合器被调整为3dB功率分配器时，由于M-Z干涉仪的干涉作用，则在输出端口处的两路光功率均为零，起到了调制/开关中“关”的作用，即λ1+λ2＝0；当不加调制电压/开关电压时，则光功率不会耦合进另一个光波光路，因此两路光信号在输出端的光功率最大，起到了调制/开关“开”的作用，即λ1+λ2＝1。
当调制电极设置在经过定向耦合器耦合后的M-Z干涉仪的其中一个臂的光波光路上时。如附图2所示，将定向耦合器设计成为对两个相邻光波长信号λ1、λ2为3dB耦合的形式，而在M-Z干涉仪的其中一个臂上制作调制/开关电极，调整调制电压的大小，由于干涉作用，可使输出端的光信号为“有”λ1+λ2＝1或“无”λ1+λ2＝0，即实现对两路光信号的调制/开关作用。
本发明的有益效果如下本发明实现了对两路光信号进行合路光调制/开关的作用，节省了光调制器/开关的使用数量，利于提高集成度，降低成本，而且用N个基本的两路合路光调制器/开关进行组合可构成2N×N阵列形式的2N路相邻波长合路光调制器/开关。
四
图1是本发明的结构示意图；图2是另一种本发明的结构示意3是本发明的制作工艺流程图；图4(a)是本发明所述M-Z型调制器的示意图；图4(b)是本发明中M-Z型调制器的扫描电镜照片图；图5(a)至图5(c)是M-Z型MQW调制器的电吸收特性测试结果图，其中外加电压(a)0V；(b)1.2V；(c)1.8V；图6是定向耦合器扫描电镜照片。
五具体实施例方式
一种2×1光双波合路平面光波光路调制器，它包括输入光波光路1、定向耦合器2、调制电极3、M-Z干涉仪4和输出光波光路5，两路输入光波光路1分别与光信号输入端连接，输入的光信号经过定向耦合器2耦合和调制电极3调制后，在M-Z干涉仪4的作用下由一路输出光波光路5输出。
实施例1由一个带两个调制电极的定向耦合器和M-Z干涉仪构成，定向耦合器设计成不加电时，没有光功率的耦合，即定向耦合器被调整为3dB功率分配器，即可实现两路光信号共用一个机构进行光信号的调制/开关功能。
当定向耦合器被调整为3dB功率分配器时，由于M-Z干涉仪作用，则在输出端口处的两路光功率均为零，起到了调制/开关中“关”的作用，即λ1+λ2＝0；当不加调制电压/开关电压时，则光功率不会耦合进另一个光波光路，因此两路光信号在输出端的光功率最大，起到了调制/开关“开”的作用，即λ1+λ2＝1。
实施例2将定向耦合器设计成对两个相邻波长均成3dB耦合的形式，将调制/开关电极制作在M-Z干涉仪的其中一个臂上的光波光路上，通过调整调制电压/开关电压，光信号产生相位的变化，在输出端产生干涉，由于干涉作用，可使输出端的光信号为“有”λ1+λ2＝1或“无”λ1+λ2＝0，即实现对两路光信号的调制/开关作用。
本发明所述平面光波光路调制器/开关的制作采用图形掩模(光刻)和腐蚀等微电子加工工艺，图3为加工工艺流程图。
以InP/InGaAsP-MQW为波导材料，通过PLC光路设计平台设计该光开关光路，基于半导体材料生长、图形掩模、和光刻工艺，可以制作成光开关单元芯片，再基于PLC测试平台，进行裸片测试。
实现本光开关功能的关键取决于M-Z光调制器和3dB定向耦合器各单元的功能。基于以上工艺条件，制作了M-Z光调制器、3dB定向耦合器。
图4为M-Z型调制器的示意图和相应的扫描电镜照片，该调制器的电极设计成行波型并有50Ω的匹配电阻。测试时光信号从图4(b)所示左边输入。图5给出了M-Z型MQW调制器的测试结果。从图5(a)可见，无外加电场时，输出功率最大约为1.71nW，由于MQW中的室温激子吸收效应，使得光谱在1538-1552nm范围较平坦；当电压加至1.2V时(图5(b))，最大输出功率约为1.53nW，且光谱平坦的范围在1545-1555nm；当电压加至1.8v时(图5(c))，在1538-1558nm波长范围内获得最大且平坦的输出功率，约为1.275nW；电压再增大，输出功率几乎没有变化。从而可知1)MQW-MZ调制器在外加电压为0-1.8v时，在1545-1555nm较大的波长范围内，电吸收效应十分明显；2)外加电压在0-1.2v时，由于电吸收效应导致的光功率变化率约为0.10/v；而外加电压在1.2-1.8v时，约为0.33/v，在此范围内可产生更强的电吸收效应；3)由于光波干涉叠加，M-Z型结构是较为理想调制器结构；4)无外加电场时，MQW中的室温激子吸收效应产生作用，削平了光谱波峰；5)实验观察到的电吸收效应和测试结果与设计基本一致。
权利要求
1.一种2×1光双波合路平面光波光路调制器，其特征在于它包括输入光波光路(1)、定向耦合器(2)、调制电极(3)、M-Z干涉仪(4)和输出光波光路(5)，两路输入光波光路(1)分别与光信号输入端连接，输入的光信号经过定向耦合器(2)耦合和调制电极(3)调制后，在M-Z干涉仪(4)的作用下由一路输出光波光路(5)输出。
2.根据权利要求1所述的2×1光双波合路平面光波光路调制器，其特征在于所述定向耦合器(2)将两路输入的光信号耦合成符合M-Z干涉仪(4)发生干涉作用的光信号。
3.根据权利要求1所述的2×1光双波合路平面光波光路调制器，其特征在于所述调制电极(3)施加调制电压，使定向耦合器(2)被调整为3dB功率分配器，光信号经过M-Z干涉仪(4)发生干涉作用后，在输出端口处的光功率为零。
4.根据权利要求1所述的2×1光双波合路平面光波光路调制器，其特征在于所述调制电极(3)不施加调制电压，光信号经过M-Z干涉仪(4)后不发生干涉作用，在输出端口处的光功率为最大。
5.根据权利要求1所述的2×1光双波合路平面光波光路调制器，其特征在于所述调制电极(3)为两个，设置在经过定向耦合器(2)耦合后的两路光波光路上。
6.根据权利要求1所述的2×1光双波合路平面光波光路调制器，其特征在于所述调制电极(3)为一个，设置在经过定向耦合器(2)耦合后的M-Z干涉仪(4)的其中一个臂的光波光路上。
全文摘要
本发明公开了一种2X1光双波合路平面光波光路调制器，包括输入光波光路、定向耦合器、调制电极、M－Z干涉仪和输出光波光路，两路输入光波光路分别与光信号输入端连接，输入的光信号经过定向耦合器耦合和调制电极调制后，在M－Z干涉仪的作用下由一路输出光波光路输出，输出的光信号可以根据要求设定为开或关。本发明对两路光信号共用一个调制器/开关进行调制，节省调制器的使用数量、提高器件性能、提高集成度。它适用于各类小型化光子系统中。
文档编号G02B6/26GK1877375SQ20061008824
公开日2006年12月13日 申请日期2006年7月5日 优先权日2006年7月5日
发明者孙小菡, 蔡纯, 肖金标, 刘旭, 柏宁丰 申请人:东南大学