0116]另外，本实施例的具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器的设计方法还包括:分别确定输入波导和输出波导的数量、尺寸。
[0117]由于90度光混合器基于4X4MMI设计和工作，输入波导和输出波导的数量均为4个，但通常使用的输入波导为2个，因此，本实施例中输入波导设计为2个，输出波导设计为4个。它们的尺寸设计可以根据现有方法进行设计。
[0118]但是，发明人通过实验发现，在TE模式下，器件的工作带宽较小。而带宽小的主要原因是在工作波长λ为1.5 ym和1.6 ym时器件相差太大，尤其是在1.6 ym时，所以只要改善了这两处的相偏差，整个器件带宽性能就会改善。在输入波长为1.6μπι时，通过计算发现MMI多模区的长度变化对它的相偏差影响不大，而输入输出波导的宽度对各路相偏差的影响较大，因此可以通过优化它的尺寸而改善器件相偏差，提高工作带宽。发明人通过进一步的分析计算，发现前面的这种变化趋势是由于输出端宽度变化引起的，而输入端宽度的变化对器件的相偏差影响不大，但还是随着输入端宽度的变大而有轻微的改善。对于上面的这种现象，本实施例选择保持输入输出端宽度一致对器件相偏差进行优化。
[0119]由此，在本实施例的基于4Χ4ΜΜΙ设计的90度光混合器中，将每个输入波导及每个输出波导与多模干涉耦合器之间的过渡区设计为锥形，且每个输入波导及每个输出波导与多模干涉耦合器连接的过渡处的锥形宽度较宽。如图10所示，过渡处的锥形宽度为wt。
[0120]进一步地，具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器的设计方法还包括:确定每个输入波导及每个输出波导与多模干涉耦合器连接的过渡处的锥形宽度Wt，其方法如下:
[0121]首先，在两个预设工作波长下分别仿真计算器件的相偏差随过渡处的锥形宽度Wt的变化，得到曲线变化图，如图11所示，其中，两个预设工作波长分别为1.5 μπι和1.6 μπι。
[0122]其次，同时将两个预设工作波长的各路输出光相偏差比较，使得各路输出光保持在较小的范围内(例如±5°?±15°，较佳的，使各路输出光保持在±10°的范围内)，从而通过曲线变化图确定过渡处的锥形宽度区间。由图11可见，过渡处的锥形宽度区间为1.36 μ m ~ 1.41 μ m。
[0123]最后，在过渡处的锥形宽度区间内选取多个锥形宽度值(例如，1.36μπι、
1.38 μπκ?.40 μπι等)，根据被选取的每个锥形宽度值仿真计算器件在横电波TE模式下的相偏差，从而得到被选取的每个锥形宽度值对应的工作带宽，将对应最大工作带宽时的锥形宽度值确定为过渡处的锥形宽度。由仿真结果可得，在Wt为1.38 μ m时，器件的TE模式具有最大工作带宽，从而确定过渡处的锥形宽度Wt为1.38 μ m?
[0124]另外，本实施例的具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器的设计方法还包括:将输入波导、输出波导及多模干涉耦合器均设计为通过对半导体基底的刻蚀来形成。优选地，将输入波导、输出波导及多模干涉耦合器均设计为通过对绝缘体上硅的顶层硅刻蚀来形成；将输入波导、输出波导均设计为纳米线波导，从而使得基于绝缘体上硅的Si纳米线波导加工工艺与CMOS工艺完全兼容，无需复杂工艺，加工成本低。
[0125]通过本实施例的具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器的设计方法，设计得到的具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器，其性能仿真结果如下:
[0126]1、偏振无关结果。如图6(a)和图6 (b)，仿真结果显示，在波长λ为1550nm，相位差ΛΦ=45°时，可以看到器件在TE和TM模式下均能正常工作。因此，器件实现了偏振不敏感工作特性。
[0127]2、附加损耗。附加损耗(Excess Loss，EL)用来表征光混合器的综合性能，偏振相关损耗(TOL)用来表征器件的偏振相关特性。如图7(a)和图7(b)，仿真结果显示，在1.5 μπι?1.6 μπι波段，附加损耗均小于2dB，偏振相关损耗小于0.35dB。其中C波段(1530nm?1565nm)附加损耗均小于0.35dB，偏振相关损耗小于0.08dB。因此器件附加损耗小，整体性能优秀，同时也是满足偏振无关的。
[0128]3、相偏差。当两个输入波导都有光输入时，两束光会在多模区相互干涉，最后呈现出与两束光相位差相关的强度分布。此时90°相移光混合器的性能可以用相偏差来衡量。OIF规定在整个工作波段相偏差应小于5°，因此相偏差就成为了衡量光混合器工作带宽的重要指标。如图8(a)和图8(b)，仿真结果显示，在±5°的相偏差范围内，TE模式的工作带宽为71nm，TM模式的工作带宽为94nm，均包含了 C波段。
[0129]4、不平衡度。当光只从一个输入端输入时，90°光混合器可以看作1X4的能量均分器，可以用附加损耗和不平衡度两个指标来衡量。由于光混合器输出端有两对平衡探测器对同步信号(1:第一输出信号Chl和第四输出信号Ch4)和正交信号(Q:第二输出信号Ch2和第三输出信号Ch3)做差分探测输出。因此对于光混合器，不平衡度用Chl/Ch4，Ch2/Ch3路来表征。如图9(a)和图9(b)，仿真结果显示，在1.5 μπι?1.6 μπι波段，不平衡度均小于1.5dBo
[0130]本发明第二实施例涉及一种利用本发明第一实施例所涉及的具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器的设计方法进行设计的具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0131]本实施例的具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器至少包括:
[0132]第一输入波导11，用于接入信号光波。
[0133]第二输入波导12，用于接入本振光波。
[0134]多模干涉親合器13，连接于第一输入波导11和第二输入波导12，用于将信号光波中的相位信息通过与本振光波混合相干解调为光强度信号。
[0135]第一输出波导14、第二输出波导15、第三输出波导16和第四输出波导17，均连接于多模干涉耦合器13，用于输出光强度信号。
[0136]其中，第一输入波导11接入的带有相位信息的信号光波，是调制器调制的QPSK型数字光信号。第二输入波导12接入的本振光波不包含信号，频率与信号光波相关。
[0137]各个输入波导和各个输出波导均可通过对半导体基底的刻蚀来形成。多模干涉耦合器13也可通过对半导体基底的刻蚀来形成。
[0138]另外，需要说明的是，多模干涉耦合器具有6个端口(图中未示出)，该6个端口分别连接第一输入波导11、第二输入波导12、第一输出波导14、第二输出波导15、第三输出波导16以及第四输出波导17。本实施例中的多模干涉耦合器13中的多模区尺寸采用本发明第一实施例中的设计方法进行设计，因此，本实施例中的多模干涉耦合器13还具有偏振不敏感特性。
[0139]优选地，还可以进一步将每个输入波导及每个输出波导Si纳米线波导刻蚀成锥形，形成如图10所示的每个输入波导及每个输出波导与多模干涉耦合器之间的过渡区均呈锥形，以此来减小传输损耗，改善相偏差。
[0140]由图10可见，该多模干涉耦合器将第一输入波导接入的携带相位信息的信号光波与第二输入波导接入的与信号光波频率相关的本振光波相干混合，并从第一输出波导、第二输出波导、第三输出波导以及第四输出波导输出与相位信号相关的强度信号。同时该多模干涉耦合器通过上述实施例的最佳化设计还具有偏振不敏感特性，任意偏振态光模式均可以在其中正常工作。
[0141]综上所述，本发明的具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器及其设计方法，具有以下有益效果:
[0142]本发明的具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器的设计方法，通过最佳化的设计器件各个尺寸，实现偏振不敏感特性的90°相移光混合器；通过器件中波导的加工工艺设计，保证了与CMOS工艺完全兼容，无需复杂工艺，加工成本低；器件设计可以基于Si纳米线波导，为芯层和包层之间提供了巨大的折射率差，可以极大限度的减小器件的尺寸，大幅度提高集成度。
[0143]本发明的具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器，利用本发明的上述设计方法，能够实现器件工作时的偏振不敏感特性，器件在任意偏振态光模式下均能正常工作，器件的性能好，附加损耗小，且器件尺寸小，集成度高。