在薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列

本发明属于光通信领域的一种薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列，其特别地在x切薄膜铌酸锂平台上级联多通道横向振幅切趾的反对称多模波导光栅和调制器形成任意波段、带宽、通道数的波分复用调制器阵列。

背景技术：

1、21世纪以来，人类社会对通信容量的需求呈指数增长，光通信技术凭借其高带宽、低串扰、抗电磁干扰、低损耗等优点成为当前通信的主流技术。超高速、超大容量和动态灵活成为未来光传输技术的主要趋势，这就对光器件的带宽，尺寸、集成度、功耗等提出了更加苛刻的要求。光学调制器实现电信号到光信号的转换，一直是发射机的核心器件，铌酸锂是一种常用在高速光学调制器上的电光材料，而近年来铌酸锂薄膜的商用化使得铌酸锂材料可以方便的加工，非常适合制作低工作电压、高调制效率、小器件尺寸的调制器。尽管近年来，基于铌酸锂薄膜的光学调制器件研究取得了激动人心的进展，然后单个调制器的调制速率有限，如何在片上有效将不同工作波段、波长带宽的调制器信号复用到一根光学总线上实现更高调制速率、更大工作波段范围、更多通道数的集成光学器件是急需突破的关键技术。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种在薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列，可以实现任意通道数、波段、波长通道间隔、波长通道带宽、超大调谐速率的波分复用调制器阵列。本发明可用于光通信系统中的电光调制，具有大调制带宽、低工作电压、超高调制速率、结构简单、工艺简便、拓展性强等优点。

2、本发明采用的技术方案是：

3、所述复用调制器阵列包括多个结构类似的调制复用单元mod-mux，每个调制复用单元mod-mux的工作波长不同于其他调制复用单元mod-mux的工作波长，相邻调制复用单元mod-mux之间通过直通波导连接；

4、每个调制复用单元mod-mux包括；

5、光学输入波导，用于从外部的激光器接收调制复用单元mod-mux工作波长的光信号；

6、光学调制器，用于通过对所述具有工作波长的光信号进行调制，产生光调制信号；

7、滤波器多路复用器，用于将作为载波波长的具有工作波长的所述光调制信号添加到输出波导上；

8、所述输出波导用于载送至少两个具有不同载波波长的光信号，n＝1、2…n。

9、所述的输出波导连接第一调制复用单元滤波器多路复用器(mux1)的输入连接波导作为输出端。

10、每个滤波器多路复用器主要由模式复用/解复用调制器、多模波导光栅和直通波导依次连接组成；模式解复用调制器用于将光调制信号te0模式转换为te1模式，模式解复用调制器包括输入连接波导、下载波导和模式复用工作区，输入连接波导的输入端连接上一个调制复用单元的滤波器多路复用器的直通波导/输出波导，下载波导的一端经弯曲波导连接本调制复用单元的光学调制器，输入连接波导的输出端、下载波导的另一端分别连接模式复用工作区的一端，模式复用工作区的另一端连接到多模波导光栅的输入端，多模波导光栅的输出端和直通波导一端连接，直通波导另一端连接第n+1调制复用单元mod-mux的输入连接波导/空置。

11、所述的多模波导光栅采用横向振幅切趾光栅结构，并实现te1模式反向耦合为te0模式，满足相位匹配条件：

12、(neff0+nefn)/2＝λ/λ

13、其中，neff0为te0模式的有效折射率，neff1为te1模式的有效折射率，λ为滤波波长，λ为光栅锯齿周期；

14、通过优化多模波导光栅的横向振幅切趾光栅结构的光栅参数，获取对应合适的工作带宽、波段、通道间隔等并将不同复用单元mod-mux的光调制信号复用到输出波导。

15、所述光学调制器为具有电光调制波导的相位调制器、马赫-曾徳型电光强度调制器、同相/正交调制器、fp微腔电光强度调制器或者微环谐振腔型电光强度调制器等，通过与滤波器多路复用器集成形成调制器阵列。

16、所述光学调制器包括光传输波导、电光调制波导和电极，光传输波导的两端设置电光调制波导，两侧设置电极。其中所有相位调制器、马赫-曾徳型电光强度调制器、同相/正交调制器、fp微腔电光强度调制器和微环谐振腔型电光强度调制器等不同结构构成的光学调制器中，将靠近电极的波导定义为电光调制波导、远离电极的波导定义为光传输波导。

17、所述的输出波导、输入波导、滤波器多路复用器、弯曲波导、调制单元的电光调制波导和光传输波导均由掩埋氧化层衬底及其上的薄膜铌酸锂结构层构成，其中薄膜铌酸锂结构层键合于掩埋氧化层衬底的上表面，薄膜铌酸锂结构层由两个薄膜铌酸锂层层叠成脊形构成。

18、所述的滤波器多路复用器、调制单元基于x切薄膜铌酸锂平台，光传输方向均为y轴，用于铌酸锂最大的电光系数进行高速调制并简化滤波器多路复用器和调制单元之间的集成。

19、还设置一种薄膜铌酸锂平台，将任意数量的调制复用单元mod-mux进行连接，拓展构成任意通道的波分复用调制器阵列。

20、本发明通过调制复用单元mod-mux的结构设计实现了通道数任意、工作波长任意、工作带宽任意的巨大优势和效果，可以制备成任意所需的调制器阵列。

21、本发明通过调制复用单元mod-mux的结构设计结合采用x切薄膜铌酸锂材料能够实现了高集成度的调制器阵列。

22、本发明的有益效果是：

23、本发明通过引入多模波导光栅和模式复用/解复用调制器，利用模式转换的方法实现三端口波长复用结构，根据具体应用场景，各个输入级的复用单元和调制单元可单独设计，易于拓展，提升调制速率；

24、本发明的各级复用单元包括相应的模式复用/解复用调制器，保证输入光经过模式复用/解复用调制器转换为高阶模，并被相应的多模波导光栅转换为低阶模式，保证输入光在系统里以低阶模传输，实现与现有片外通信系统的兼容；

25、本发明的多模波导光栅与光学调制器均采用x切薄膜铌酸锂，光沿着y方向传播，实现了高集成度的调制器阵列；

26、本发明的可以实现不同结构的光学调制器的复用，并且可以用平面集成光波导工艺制作，只需要一次刻蚀完成，工艺简便，成本低，性能高，损耗小，生产潜力大。

27、综合来说，本发明通过三端口复用单元有利于复用任意通道数、工作波长带宽、工作波长波段、电光调制结构的调制器，在薄膜铌酸锂平台上实现了集成度高，调谐速率大、拓展性强的波分复用调制器阵列。

技术特征：

1.一种在薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列，其特征在于：所述复用调制器阵列包括多个结构类似的调制复用单元mod-mux(a1,a2…an)，每个调制复用单元mod-mux的工作波长不同于其他调制复用单元mod-mux的工作波长，相邻调制复用单元mod-mux之间通过直通波导(en)连接；

2.根据权利要求1所述的一种在薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列，其特征在于：所述的输出波导(1)连接第一调制复用单元滤波器多路复用器(mux1)的输入连接波导(c11)作为输出端。

3.根据权利要求1所述的一种在薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列，其特征在于：每个滤波器多路复用器(muxn)主要由模式复用/解复用调制器(cn)、多模波导光栅(dn)和直通波导(en)依次连接组成；模式解复用调制器(cn)包括输入连接波导(cn1)、下载波导(cn2)和模式复用工作区(cn3)，输入连接波导(cn1)的输入端连接上一个调制复用单元的滤波器多路复用器的直通波导(en)/输出波导(1)，下载波导(cn2)的一端经弯曲波导(an)连接本调制复用单元的光学调制器(modn)，输入连接波导(cn1)的输出端、下载波导(cn2)的另一端分别连接模式复用工作区(cn3)的一端，模式复用工作区(cn3)的另一端连接到多模波导光栅(dn)的输入端，多模波导光栅(dn)的输出端和直通波导(en)一端连接。

4.根据权利要求2所述的一种在薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列，其特征在于：所述的多模波导光栅(dn)采用横向振幅切趾光栅结构，并实现te1模式反向耦合为te0模式，满足相位匹配条件：

5.根据权利要求1所述的一种在薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列，其特征在于：所述光学调制器(modn)为具有电光调制波导的相位调制器、马赫-曾徳型电光强度调制器、同相/正交调制器、fp微腔电光强度调制器或者微环谐振腔型电光强度调制器等。

6.根据权利要求1所述的一种在薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列，其特征在于：所述光学调制器(modn)包括光传输波导(m1)、电光调制波导(m3)和电极(m2)，光传输波导(m1)的两端设置电光调制波导(m3)，两侧设置电极(m2)。

7.根据权利要求1所述的一种在薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列，其特征在于：所述的输出波导(1)、输入波导(bn)、滤波器多路复用器(muxn)、弯曲波导(an)、调制单元(modn)的电光调制波导(m3)和光传输波导(m1)均由掩埋氧化层衬底(2)及其上的薄膜铌酸锂结构层(3)构成，其中薄膜铌酸锂结构层(3)键合于掩埋氧化层衬底(2)的上表面，薄膜铌酸锂结构层(3)由两个薄膜铌酸锂层层叠成脊形构成。

8.根据权利要求1所述的一种在薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列，其特征在于：所述的滤波器多路复用器(muxn)、调制单元(modn)基于x切薄膜铌酸锂平台，光传输方向均为y轴，用于铌酸锂最大的电光系数进行高速调制并简化滤波器多路复用器(muxn)和调制单元(modn)之间的集成。

9.一种采用如权利要求1-8任一所述的一种在薄膜铌酸锂平台，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种在薄膜铌酸锂平台可拓展任意通道波分复用调制器阵列。复用调制器阵列包括多个调制复用单元Mod‑Mux，相邻调制复用单元Mod‑Mux之间通过直通波导连接，光学输入波导从外部的激光器接收光信号，光学调制器通过对所述具有独特光学波长的光信号进行调制产生光调制信号，滤波器多路复用器将作为载波波长的具有独特光学波长的所述光调制信号添加到输出波导上，输出波导载送光信号。本发明在铌酸锂平台上可实现任意通道数、波段、通道间隔、通道带宽，超大调谐速率的波分复用制器阵列，可用于光通信系统中的电光调制，具有大调制带宽、低工作电压、超高调制速率、结构简单、工艺简便、拓展性强等优点。

技术研发人员：戴道锌,贺江豪,张明,刘大建,刘洪轩
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12