专利名称：一种双偏振态信号处理集成芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速大容量光纤传输系统，尤其涉及双偏振态信号处理集成芯片。
背景技术：
随着全球信息交流的指数增长，对光纤传输系统高速率大容量要求越来越高，为了满足这种需求，各种高阶调制格式，如四相相移键控(QPSK)、正交幅度调制(QAM)等结合各种复用技术，如波分复用(WDM)、空分复用(SDM)以及偏振复用(PDM)等被应用得越来越多。在这些复用技术中，PDM是利用两个垂直偏振态携带两路独立的信号进行传输，它能很方便的将信号速率提高一倍，因此PDM越来越受到人们的重视，在光纤传输系统中应用得也越来越多，相应的，用于PDM的集成发射机与接收机也报道得越来越多。但是遗憾的是，用于PDM的集成器件信号处理报道的还比较少，而之前报道的PDM的信号处理都是利用离散器件。对于集成器件的PDM信号处理，传统的方法就是首先利用偏振分束器(PBS)将输入的双偏振态信号分成横电模(TE)和横磁模(TM)模式,然后利用针对于TE和TM的信号处理器件对每路信号进行处理，最后通过偏振合束器(PBC)将处理好的双偏振态的信号合并输出，结构如附图1所示，这种方法一方面要设计制作性能良好的PBS，用于减少两路偏振态之间的串扰，另一方面要设计针对不同模式的信号处理器件，这样就增加了器件设计以及制作的难度。对这种方案的一种改进的方法就是利用二维光子晶体光栅将PDM信号耦合进波导中，在这里二维光子晶体光栅充当了耦合器以及PBS两个功能，由于二维光子晶体光栅的特性，耦合进波导中的光都是以TE模式传输，因此在这种方案中就不需要设计和制作针对不同模式的信号处理器件，只需要设计和制作针对TE模式的信号处理器件即可，最后再将处理后的信号通过二维光子晶体光栅耦合输出，如附图2所示，在这种方案中，克服了前一种方案中需要解决的偏振相关性问题，但是这种方案中所用到的器件比较多，包括了两个二维光子晶体光栅和2个信号处理器件。这样就导致集成器件的尺寸比较大，同时为了保证对不同偏振态信号处理的一致性，对器件的制作要求就比较高，这样就增加了工艺的复杂度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双偏振态信号处理集成芯片，它克服PDM信号处理所存在的器件尺寸大同时工艺复杂度高的缺点。为解决上述技术问题，本发明提出了一种双偏振态信号处理集成芯片，其特征在于，包括一个二维光子晶体光栅和一个信号处理器件，所述二维光子晶体光栅与信号处理器件通过波导组成环形回路。本发明的原理是，利用二维光子晶体光栅将光纤中互相垂直的两个偏振态的光分别耦合到不同的波导中，由于二维光子晶体的特性，耦合进入波导中的光都是以同一模式(均为TE模式或均为TM模式)传输，但是这两束光分别沿顺时针和逆时针方向传输并通过同一个信号处理器件进行处理，最后再通过输入的二维光子晶体光栅耦合输出。需要注意的是，输入X偏振态的光最后稱合输出变成了 Y偏振态的光，而相应的Y偏振态的光最后率禹合输出变成了 X偏振态的光，但是这两个光的垂直性是保持的，这对于PDM信号处理是没有影响的。由于在此发明中仅仅使用了一个二维光子晶体光栅和一个信号处理器件，大大减小了所需器件的数量，因此集成器件的尺寸就能大大减小，同时由于两个偏振态的光是通过同一个信号处理器件进行处理，就能保证制作出的信号处理器件对两个偏振态的光进行处理的一致性，这样就很大程度上减小了器件设计制作的复杂度。作为进一步优化的方案，由于二维光子晶体光栅具有四个端口，而环形回路只用到了二维光子晶体光栅的两个端口，即有两个端口空置。这样，部分光会通过两个空置端口耦合损耗。为了减小这个损耗，在所述二维光子晶体光栅的两个空置端口上分别制作有布拉格反射光栅，布拉格反射光栅将光反射回来，以减小光损耗。优选的，在本发明中，所述信号处理器件选择不同器件，如滤波器、微分器和解调器等就能实现不同功能的PDM信号处理。这样大大增加了器件的灵活性。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步具体说明。图1为现有常规方案的PDM信号处理芯片结构示意图。图2为现有改进的一种用于PDM信号处理芯片结构示意图。图3所示为本发明提出的PDM信号处理芯片结构原理示意图。图4所示为本发明具体实施方式
的PDM信号处理结构图(以DI为例)，图中，101—布拉格反射光栅、102— 二维光子晶体光栅、103—延时干涉仪D1、104—输入输出耦合光纤。图5 (a)所示为本发明具体实施方式
的输入信号为X偏振方向时通过二维光栅耦合进波导功率分配情况示意图。图5 (b)所示为本发明具体实施方式
的输入信号为y偏振方向时通过二维光栅耦合进波导功率分配情况示意图。图5 (C)所不为本发明具体实施方式
的输入信号为45°偏振方向时通过二维光栅耦合进波导功率分配情况示意图。图6所示为本发明具体实施方式
的信号处理器件以延时干涉仪(DI)为例的传输谱线图。
具体实施例方式如图3所示的本发明的PDM信号处理芯片结构示意图，包括一个二维光子晶体光栅和一个信号处理器件，所述二维光子晶体光栅与信号处理器件通过波导组成环形回路。如图4所示为结构紧凑的PDM信号处理芯片，其中信号处理器件以DI为例。本发明的关键在于巧妙地设计了一个二维光子晶体光栅和一个信号处理器件通过波导组成环形结构，在这个环形结构中，信号光的输入输出利用了同一个二维光子晶体光栅，在实际测试中，为了减小光纤垂直芯片入射而导致的芯片表面反射所带来的影响，可以将输入光纤倾斜10°左右的角度来入射以减小芯片表面的反射，不同偏振态的光进入二维光子晶体光栅后耦合进波导的功率情况如图5所示，在图5 Ca)中，输入光偏振方向是沿X方向，耦合进入y方向的波导中，在图5 (b)中，输入光偏振方向是沿y方向，耦合进入X方向的波导中，在图5 (c)中,输入光偏振方向是沿45°角方向,光就会同时I禹合进X和y方向的波导中。因此，在本发明芯片的实际应用时，只需在耦合光纤前面加入偏振控制器(PC)，通过调节偏振控制器(PC)来控制输入光的偏振态，以达到将不同偏振态光耦合进不同波导中的目的，如图4所示的相互垂直的x-pol、y-pol信号光。同时，在图4中可以看到，二维光子晶体光栅有四个端口，而只用到了其中两个端口、另外两个端口空置。则有部分光通过另外两个空置端口耦合损耗了。因此为了减小这个损耗，在芯片制作过程中，在二维光子晶体光栅的另外两个端口同时制作布拉格反射光栅如图4所示，将光反射回来以减小损耗。在本发明中的信号处理器件只用到了一个，沿顺时针和逆时针传播的光反向通过了这个器件。光纤中PDM信号为X和y方向的偏振光，通过二维光子晶体光栅，同时耦合进波导中以同一模式(在此例中为TE模式)进行传输,其中X偏振态光沿顺时针方向传输而y偏振态光沿逆时针方向传输，两束光以相反方向通过DI进行处理，最后两束光通过输入的二维光子晶体光栅耦合输出，需要注意的是X偏振态的光耦合出来的时候变成I偏振态的光，而y偏振态的光稱合出来的时候变成X偏振态的光，虽然偏振态发生了转变，但是两束光的垂直性并没有发生改变。即通过这种环形结构，就能很方便的进行PDM信号的信号处理。图6所示为这种环形结构以DI为例两个偏振态的传输谱线，从图6的测试结果可以看出，DI的两个偏振态的传输谱线基本是重合的，可见在这种环形结构下，能保证仅仅使用一个信号处理器件就能对PDM信号进行一致的处理。在图4中是以DI为例来说明的，也可以利用其它滤波器器件，如微环、阵列波导光栅(AWG)，或者是微分器或者解调器，来替换DI来实现不同功能的PDM信号处理。这对于本领域技术人员均是容易理解的，故不作赘述。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种双偏振态信号处理集成芯片，其特征在于，包括一个二维光子晶体光栅和一个信号处理器件，所述二维光子晶体光栅与信号处理器件通过波导组成环形回路。
2.根据权利要求1所述的双偏振态信号处理集成芯片，其特征在于，在所述二维光子晶体光栅的两个空置端口上分别制作有布拉格反射光栅。
3.根据权利要求1所述的双偏振态信号处理集成芯片，其特征在于，所述信号处理器件为滤波器、微分器和解调器。
全文摘要
本发明一种结构紧凑的用于双偏振态信号处理集成芯片，包括一个二维光子晶体光栅和一个信号处理器件，所述二维光子晶体光栅与信号处理器件通过波导组成环形回路。通过二维光子晶体光栅，将光纤中的x和y偏振态的光耦合进集成波导中，耦合进波导中的两个偏振态的光都是以同一模式(均为TE模式或均为TM模式)在波导中进行传输，但是分别沿顺时针和逆时针传输并通过同一个信号处理器件进行处理，最后再通过输入的二维光子晶体光栅耦合输出。本发明只用到了一个耦合光栅和一个信号处理器件，这样就大大的减小了器件的尺寸以及工艺的复杂程度。
文档编号G02B6/27GK103149633SQ201310062530
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者余宇, 张新亮, 向磊, 秦亚光 申请人:华中科技大学