专利名称：基于双马赫曾德尔干涉结构的多功能器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学元器件，特别涉及一种基于双马赫曾德尔干涉结构的光学多功能器件。
背景技术：
面对未来越来越灵活多样的光网络，高级调制码型受到广泛关注。根据光网络的规模和应用选择不同的调制码型可以优化性能节约成本。例如OOK码型适合光城域网而 BPSK码型可以应用到长距离传输网络。目前商业器件可以通过一个马赫曾德尔干涉结构 (MZ)和一定的调制技术获得OOK码型或BPSK码型，然而不能同时产生。另外在光系统网络节点中，Cishuo Yan等人利用半导体放大器(SOA)实现了从NRZ到BPSK的全光码型转换 [Photonics TechnologyLetters, Vol. 18，Issue. 22，2368-2370，2006]，这样可以实现两种不同码型的光网络连接而不必进行光电转换，但是速度受限于S0A，并且对于在网络节点处想传输到这两个网络的上载信号无能为力。另外，数字光开关具有较强的抗噪声性能，可以提供稳定的开关操作。JorisVan Campenhout等人利用四个MZ干涉结构级联实现了数字光开关，具有较强的抗噪声性能 [Optics Express, Vol. 19，11568-11577，2011]。然而因为其需要四个MZ结构级联，实现起来对工艺精度要求较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双马赫曾德尔干涉结构的光学多功能器件，其所实现的数字光开关和多码型调制功能，为未来灵活复杂的光网络在开关和信号调制处理方面提供了一种新的选择。本发明采用的技术方案如下在第一个马赫曾德尔干涉结构的一个相移臂嵌套第二个马赫曾德尔干涉结构， 数字信号分成两路，一路加载在第二个马赫曾德尔干涉结构的一个相移臂，另一路经反相器加载在第二个马赫曾德尔干涉结构的另一个相移臂，实现绝对值相同方向相反的相位变化，根据推挽调制的原理和输入的不同完成器件的数字光开光和多码型调制器的功能。所述双马赫曾德尔干涉结构，其中第一个马赫曾德尔干涉结构由第一、第二平行相移臂连接的第一、第二多模干涉器件以及第一输入波导和第一、第二输出波导构成；其中第二相移臂被第二个马赫曾德尔干涉结构所替代。所述嵌套第二个马赫曾德尔干涉结构，由第三、第四多模干涉器件连接的第二、第三输入波导和第三、第四输出波导构成。其中第二输入波导连接第一个马赫曾德尔干涉结构中的第一多模干涉器，第三输出波导连接第一个马赫曾德尔干涉结构中的第二多模干涉器，即构成嵌套结构。所述数字光开关具有抗噪声性能，提供稳定的操作；所述多码型调制器对输入信号同时调制成00K码型和BPSK码型，这两种码型分别应用到城域网和长距离传输光网络中。本发明具有的有益的效果是对于多码型调制器的功能，本发明将网络节点中的上载信号同时调制成OOK和 BPSK两种码型，分别从两个端口输出，OOK码型的信号应用到城域网，而BPSK码型的信号应用到长距离传输网络，而不必进行码型转换，高速并且结构紧凑，进而实现光学处理和通信系统的高密度集成。对于数字光开关的功能，本发明因为采用多模干涉器代替耦合器，制作容差大，并且只需要两个MZ干涉结构就可以实现，因此实现简单，并且有较强的抗噪声性能，无论是对光互连还是光系统都具有重要意义。综上所述，本发明是具有多码型调制及数字光开关的多功能器件，可以根据输入信号的不同而选择需要的功能，为构建灵活复杂的光网络的调制和开关处理提供了一种新的选择。
图1本发明的结构原理图。图2推挽调制的原理图。图3所举数字光开关的性能。图4基于硅p-n结的波导截面图。图中1A.第一输入波导；IB.第三输入波导；2A.多模干涉器9A的输出波导； 2B.第二输入波导同时也是多模干涉器9A的输出波导；3A、3B.第二个MZ干涉结构的两个相移臂；4A.多模干涉器9B的输入波导；4B.第三输出波导同时也是多模干涉器9B的输入波导；5A、5B.第一、第二输出波导；5C.第四输出波导；6.数字脉冲电信号；7.第一个MZ干涉结构中第一相移臂；8.第一个MZ干涉结构中第二相移臂，并被嵌套的第二个MZ干涉结构所代替；9A、9B、9C、9D.第一、二、三、四多模干涉器；10A-G.波导横截面的区域；11-15. 波导横截面的尺寸
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。1、首先对数字光开关的功能进行阐述。当信号从第一输入波导IA输入进来，第二输入波导IB没有信号输入。光信号经过第一多模干涉器9A分裂成两束，其中一束光从2A 输出沿相移臂7到达多模干涉器9B的输入端口 4A，另外一束光从2B进入嵌套的第二个MZ 干涉结构，经过数字脉冲电信号6的推挽调制从第三输出波导4B输出，并进入第二多模干涉器9B，其中数字脉冲信号分别在相移臂3A和:3B上引入-φι和Cpi的相位变化。此时，在多模干涉器9B的输入端口 4A及第三输出波导4B处的电场可以表示为
权利要求
1.一种基于双马赫曾德尔干涉结构的多功能器件，其特征在于在第一个马赫曾德尔干涉结构的一个相移臂嵌套第二个马赫曾德尔干涉结构，数字信号分成两路，一路加载在第二个马赫曾德尔干涉结构的一个相移臂，另一路经反相器加载在第二个马赫曾德尔干涉结构的另一个相移臂，实现绝对值相同方向相反的相位变化，根据推挽调制的原理和输入的不同完成器件的数字光开光和多码型调制器的功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于双马赫曾德尔干涉结构的多功能器件，其特征在于所述双马赫曾德尔干涉结构，其中第一个马赫曾德尔干涉结构由第一、第二平行相移臂 (7,8)连接的第一、第二多模干涉器件(9A、9B)以及第一输入波导(IA)和第一、第二输出波导(5A、5B)构成；其中第二相移臂(8)被第二个马赫曾德尔干涉结构所替代。
3.根据权利要求1所述的一种基于双马赫曾德尔干涉结构的多功能器件，其特征在于所述嵌套第二个马赫曾德尔干涉结构，由第三、第四多模干涉器件(9C、9D)连接的第二、第三输入波导(2B、1B)和第三、第四输出波导(4B、5C)构成，其中第二输入波导连接第一个马赫曾德尔干涉结构中的第一多模干涉器，第三输出波导连接第一个马赫曾德尔干涉结构中的第二多模干涉器，即构成嵌套结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于双马赫曾德尔干涉结构的多功能器件，其特征在于所述数字光开关具有抗噪声性能，提供稳定的操作；所述多码型调制器对输入信号同时调制成OOK码型和BPSK码型，这两种码型分别应用到城域网和长距离传输光网络中。
全文摘要
本发明公开了一种基于双马赫曾德尔干涉结构的多功能器件。在第一个马赫曾德尔干涉结构的一个相移臂嵌套第二个马赫曾德尔干涉结构，数字信号分成两路，一路加载在第二个马赫曾德尔干涉结构的一个相移臂，另一路经反相器加载在第二个马赫曾德尔干涉结构的另一个相移臂，实现绝对值相同方向相反的相位变化，根据推挽调制的原理和输入的不同完成器件的数字光开光和多码型调制器的功能。其中数字光开关制作容差大，实现简单，并且有较强的抗噪声性能；多码型调制器将网络节点中的上载信号同时调制成OOK和BPSK两种码型，高速并且结构紧凑。综上，本发明结构新颖紧凑、带宽较大，为构建灵活复杂的光网络的调制和开关处理提供了一种新的选择。
文档编号G02B6/28GK102520486SQ201110392669
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者李霞, 杨建义, 江晓清, 王皖君, 邵海峰 申请人:浙江大学