一种光混频器相位误差的修正方法及结构与流程

本发明涉及光子集成器件领域，具体涉及一种光混频器相位误差的修正方法及结构。

背景技术：

相干光通信是目前长距离通信的主要解决方案，集成相干接收机是相干光通信系统中接收端的器件。光混频器是集成相干光接收机中的重要组成部分，其负责在输出的4个端口实现信号光和本征光的相对相位误差分别为0°、80°、170°、270°。

硅基集成相干接收机具有成本低、集成度高的优点，越来越得到市场重视。硅基集成相干接收机中的硅基光混频器通过分束器和波导等结构实现对信号光和本征光的相位调控。但是由于工艺误差，硅基光混频器存在相位误差，影响到硅基集成相干接收机甚至整个硅基相干集成芯片的成品率。现有的技术是在硅基光混频器中的波导上加上热电极，通过热调的方式，对已知的相位误差进行补偿，但是这种方式需要为热电极额外供电，不但增加了管脚数量，还增加了器件的功耗。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种光混频器相位误差的修正方法及结构，可一次性修正相位误差，减少期间功耗。

本发明第一方面提供了一种光混频器相位误差的修正方法，用于对光混频器进行相位误差修正，其包括步骤：

在光混频器的至少一连接波导上设置相位补偿区；

改变相位补偿区中部分初始区的折射率，做为变化区，变化区的相位变化值φ满足

其中，λ为光波长，l为变化区的长度，n2为变化区的折射率，n1为初始区的折射率。

基于第一方面，在可能的实施例中，变化区包括由下至上依次层叠的第二下包层、第二相位波导和第二上包层。

基于第一方面，在可能的实施例中，变化区由部分初始区通过激光工艺改变第二相位波导得到。

基于第一方面，在可能的实施例中，变化区由部分初始区通过质子交换工艺转化改变第二上包层得到。

本发明第二方面提供一种光混频器相位误差的修正结构，其包括：

光混频器，其包括至少两个分束器和连接分束器的连接波导；

相位补偿区，其设置于至少一连接波导上，相位补偿区包括初始区和变化区，变化区由部分初始区改变折射率得到，且变化区的相位变化值其中，λ为光波长，l为变化区的长度，n2为变化区的折射率，n1为初始区的折射率。

基于第二方面，在可能的实施例中，初始区包括由下至上依次层叠的第一下包层、第一相位波导和第一上包层，第一上包层包覆第一相位波导。

基于第二方面，在可能的实施例中，第一相位波导的折射率大于第一下包层和第一上包层的折射率。

基于第二方面，在可能的实施例中，变化区包括由下至上依次层叠的第二下包层、第二相位波导和第二上包层。

基于第二方面，在可能的实施例中，第二相位波导为折射率变化波导。

基于第二方面，在可能的实施例中，第二上包层为折射率变化上包层。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明设计方便、制作简单，通过折射率改变工艺，改变相位补偿区的相位，一次性修正光混频器的相位误差，相比与传统的引入额外的热调谐结构的方法，减少了器件工作时的功耗。

附图说明

图1是本发明实施例中相位补偿区的转化示意图之一；

图2是本发明实施例中相位补偿区的转化示意图之二；

图3是本发明实施例中修正结构的结构示意图；

图4是本发明实施例中相位补偿区的结构示意图。

图中：1-光混频器；2-分束器；3-连接波导；4-相位补偿区；5-初始区；6-变化区；7-第一下包层；8-第一相位波导；9-第一上包层；10-第二下包层；11-第二相位波导；12-第二上包层；13-掩膜。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2所示，本发明实施例提供一种光混频器相位误差的修正方法，用于对光混频器1进行相位误差修正，包括步骤：

在光混频器1的至少一连接波导3上设置相位补偿区4；

改变相位补偿区4中部分初始区5的折射率，做为变化区6，变化区6的相位变化值φ满足其中，λ为光波长，l为变化区6的长度，n2为变化区6的折射率，n1为初始区5的折射率。

本实施例中，首先需要对光混频器在波长λ处的相位误差进行测定，该相位误差即相位补偿区4需要引入的相位变化值，设定折射率改变工艺和变化区6的长度。

本实施例中，变化区6包括由下至上依次层叠的第二下包层10、第二相位波导11和第二上包层12，第二上包层12包覆第二相位波导11。

优选地，当折射率改变工艺采用激光工艺，变化区6由部分初始区5通过激光工艺改变第二相位波导11得到，变化区6的折射率由激光工艺的具体参数决定，最终，相位补偿区4引入的相位变化值由激光扫射过的长度决定。

优选地，当折射率改变工艺采用质子交换工艺，变化区6由部分初始区5通过质子交换工艺转化改变第二上包层12得到，变化区6的折射率由质子交换工艺的具体参数决定，最终，相位补偿区4引入的相位变化值由质子交换的长度决定。

本发明实施例的方法，设计简单，制作方便，可修正光混频器的任意相位误差，以增加硅基集成相干接收机甚至硅基相干集成芯片的成品率。

参见图3和图4所示，本发明实施例还提供一种光混频器相位误差的修正结构，以修正光混频器1的相位误差，其包括光混频器1和相位补偿区4。光混频器1包括至少两个分束器2和连接分束器2的连接波导3。相位补偿区4设置于至少一个连接波导3上，相位补偿区4包括初始区5和变化区6，变化区6由部分初始区5改变折射率得到，且变化区6的相位变化值其中，λ为光波长，l为变化区6的长度，n2为变化区6的折射率，n1为初始区5的折射率。变化区6的相位变化值即为因工艺误差或其他原因造成的光混频器的相位误差。

优选地，分束器2采用多模干涉器结构、y分支结构或定向耦合器结构，可有效保证宽谱且低损耗的分离。本实施例中，分束器2采用多模干涉器结构。

上述初始区5包括由下至上依次层叠的第一下包层7、第一相位波导8和第一上包层9，第一上包层9包覆第一相位波导8。其中，第一相位波导8的折射率大于第一下包层7和第一上包层9的折射率。由于第一下包层7和第一上包层9的隔离作用，光在第一相位波导8中传输无泄漏。

上述变化区6包括由下至上依次层叠的第二下包层10、第二相位波导11和第二上包层12。

参见图1所示，在本实施例中，变化区6由部分初始区5通过激光工艺改变第二相位波导11得到。激光工艺包括激光热氧化、激光退火等。相位补偿区4中被激光照射的部分转化为变化区6，相位补偿区4中没有被激光照射的部分即为初始区5。其中，第二相位波导11转化为折射率变化波导，而第二上包层12和第二下包层10不转化，即第二下包层10与第一下包层7为相同折射率，第二上包层12也与第一上包层9为相同折射率。该变化区6的长度l由激光扫描的长度决定，以此最终决定相位补偿区4的相位变化值，进而修正光混频器的相位误差。

参见图2所示，在其他实施例中，变化区6还可以由部分初始区5通过质子交换工艺转化改变第二上包层12得到。在进行质子交换工艺时，相位补偿区4中没有被掩膜13遮住的区域转化为变化区6，相位补偿区4被掩膜13遮住的部分为初始区5。其中，第二上包层12为折射率变化上包层，而第二相位波导11和第二下包层10不转化，第二下包层10与第一下包层7为相同折射率，第二相位波导11也与第一相位波导8为相同折射率。该变化区6的长度l由掩膜13没有遮住的长度决定，以此最终决定相位补偿区4的相位变化值，进而修正光混频器的相位误差。

上述实施例中，激光工艺和质子交换工艺都属于折射率改变工艺，利用折射率改变工艺将部分初始区5转化为变化区6，改变相位补偿区4的相位，一次性永久地修正光混频器的相位误差，减少了因工艺误差造成的浪费，相比与传统的引入额外的热调谐结构的方法，减少了器件工作时的功耗。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。