一种片上波导集成的光隔离器的制作方法

本发明涉及光学和光通信技术领域，具体为一种片上波导集成的光隔离器。

背景技术：

光隔离器是一种能使得光向一个方向传输、而不能反向传输的光元件。例如，将光隔离器设置在半导体激光器出射端后，从激光器射出的光透过光隔离器，能够作为光通信用的光源。相反，要通过光隔离器向半导体激光器入射的光，则会被光隔离器阻止，无法入射到半导体激光器。如果半导体激光器出射端不设置光隔离器，反射回来的光会入射到半导体激光器，导致半导体激光器振荡特性恶化，输出强度产生变动(产生强度噪声)和振荡波长变化(产生相位噪声)等。

不仅是半导体激光器，对于光放大器等有源元件中，未预料的光反向入射也会导致这些有源元件工作特性的退化。为了避免这种现象，需要在半导体激光器或者有源元件的输出端配置光隔离器，避免半导体激光器或者有源元件的产生上述不良现象。

目前市场上的光隔离器多为经典的光隔离器，如采用法拉第磁光旋转晶体型光隔离器或者双折射晶体型光隔离器等，这些经典的光隔离器用于同轴光电器件的封装中。

经典的光隔离器不易集成封装，其主要原因是经典的隔离器本身尺寸较大，而对于集成光学来说，片上集成光学同样也需要光隔离器，但这时传统的光隔离器就无法在片上使用。

技术实现要素：

本发明为了解决这个问题，提供了一种片上波导集成的光隔离器，同时也可以单独封装成器件来使用，可以有效的缩小光隔离器的体积，得益于集成效果，片上波导集成的光隔离器的稳定性和效果都优于传统的光隔离器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种片上波导集成的光隔离器，包括n个依次设置的片上mzi强度调节模块，所述片上mzi强度调节模块处于关闭状态的持续时间为tclose，tclose需要满足：

tclose≥tdelay+tn-1；

其中，tdelay表示第n个片上mzi强度调节模块的调制信号相比于第一个片上mzi强度调节模块的调制信号的延迟，tn-1表示第n-1个片上mzi强度调节模块与第n个片上mzi强度调节模块之间的光波导连接处的光程时间。

进一步地，所述片上mzi强度调节模块包括一分束模块和一合束模块，所述分束模块的两个输出端至少通过一个相位调节模块与所述合束模块连接，所述分束模块、相位调节模块、合束模块以及芯片上的波导组成一个等臂mz干涉仪。

进一步地，所述分束模块为50:50分束模块，所述合束模块为50:50合束模块。

进一步地，所述等臂mz干涉仪的上下两臂分别设置有一所述相位调节模块。

进一步地，所述等臂mz干涉仪的上臂或下臂上设置有一所述相位调节模块

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明可以保证光束在正向传输过程中可以通过隔离器，但是反向进入隔离器的光束则不能通过，可以应用在波导集成光学、光通讯、经典光学等领域，弥补了传统光隔离器体积大、无法片上集成、稳定性差的缺点。

附图说明

图1为本发明的片上mzi强度调节模块的结构示意图；

图2为本发明的第一实施例的结构示意图；

图3为本发明的第一实施例的调制信号示意图；

图4为本发明的第二实施例的结构示意图；

图5为本发明的第二实施例的调制信号示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

如图1至图3所示，本实施例提供了一种片上波导集成的光隔离器，包括片上mzi强度调节模块(以下简称为mzi)，如图1所示，所述mzi包括一分束模块和一合束模块，所述分束模块为50:50分束模块，所述合束模块为50:50合束模块，所述分束模块的两个输出端至少通过一个相位调节模块与所述合束模块连接，所述分束模块、相位调节模块、合束模块以及光芯片上的波导组成一个等臂mz干涉仪。

mzi可作为强度调制器工作，工作过程如下：

1、入射光束可表示为其中ain是光束振幅，ω0为光束频率，为基础相位。

2、随后该光束通过分束模块后，分束模块的分束比为50:50，此时入射光束分为两束，分别经过上臂和下臂传输。上臂以及下臂传输光束在不考虑半波损失的情况下可以分别用

表示。

3、通过调节相位调节模块，分别对干涉仪上臂和下臂的光束进行相位调节，此时经过相位调节的光束可表示为：

4、随后上下两臂的光束同时进入合束模块，发生干涉。干涉结果经过合束模块输出，干涉后的光强度表示为：

故当或时，输出光强分别为以及0，所以可以通过调节mzi两臂的相位差，达到调节输出光能量的目的。

在本实施例中，等臂mz干涉仪的上下两臂分别设置有一所述相位调节模块。在其他实施例中，等臂mz干涉仪的上臂或下臂上设置有一所述相位调节模块。

本实施例的片上波导集成的光隔离器包括两个mzi连级，如图2所示。这里为了方便，图2中的分束模块和合束模块均用y分支波导表示，相位调节模块则用较粗的实线表示。这里t1，t2分别表示光束经过mzi传输的光程时间和光束经过口2到口3的光程传输时间。

本实施例实现隔离器的基本思路是当光束正向传输，即经过口1，mzi1，口2，传输时，通过调节mzi1的相位调节模块，使得mzi1两臂相位差为0，此时经过mzi1的光束全部可以通过，随后当光束由口3进入mzi2传输至口4时，mzi2也保持开启，所以光束可以通过mzi2传输到口4。但是如果mzi2在开启的时候，同时有光束从反向进入，即从口4进入，通过mzi2到口3，此时由于光程t2的存在，当该光束经过口3到达口2时，调节mzi1使之处于关闭状态，即经过口2入射的光束无法通过mzi1到达口1。忽略相位调制器相位调制时间，以方波调制信号为例，如图3所示。

在图3中，高电平表示mzi开启，低电平表示mzi关闭。那么假设入射光束在mzi1开启时进入隔离器，当光束传播到mzi2时，经过时间t，mzi2也处于开启状态。但是如果由mzi2进入的光束，同样经过时间t后到达mzi1，此时mzi1则处于关闭状态。总结来说，本结构实现隔离器功能的原理在于连级mzi结构开启时间有一个错开，并且错开时间满足0＜tdelay≤t，同时，mzi的开启时间要满足topen≤2tdelay，mzi的关闭时间同时要满足tclose≥t+tdelay。在满足以上条件后，可以保证光束在正向传输过程中可以通过隔离器，但是反向进入隔离器的光束则不能通过。

以上实施例中，以mzi1和mzi2调制信号相同举例，应当注意的是，在调制信号不同的情况下，只要满足上文中所述的条件，均可以完成相应隔离器功能。

第二实施例

图4示出了本实施例的片上波导集成的光隔离器的结构示意图，本实施例考虑到两个连级mzi的消光比可能达不到具体应用对消光比的需求，此时可以通过多和连级mzi结构来增加隔离器的消光比，如图4所示。

可以通过如图5所示的调制信号对图4中结构进行调节，从而原理上可以达到任意消光比的片上波导集成的光隔离器。此时对于调节点脉冲信号来说，tclose要足够大，满足tclose≥tdelay+tn-1，其中tdelay表示mzin的调制信号相比于mzi1的调制信号的延迟，tn-1表示mzin-1与mzin之间的光波导连接处的光程时间。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。