基于片上硅基的电光调制器

本公开涉及光通信，更具体地，涉及一种基于片上硅基的电光调制器。

背景技术：

1、光通信技术在现代通信中具有重要地位，而光调制器在光纤通信中是一种重要的元件，能通过电光调制将电信号加载在光载波上进行高速传输。基于互补金属氧化物半导体(cmos)工艺制作的硅基调制器有着高产量，低成本以及较大的调制带宽等优势。硅基调制器的主要结构有三种：基于马赫-曾德尔干涉仪的马赫曾德尔调制器，基于谐振腔的微环/微碟调制器，以及基于电吸收的波导型调制器。其中，使用最为广泛的是马赫曾德尔干涉仪结构的调制器。在设计调制区时，行波电极的长度取决于调制区的长度，而调制器的电光带宽与行波电极的长度成反比。同时，调制区长度也需要足够长使得调制器消光比达到要求。

2、目前，传统的基于马赫-曾德尔干涉仪的硅基电光调制器需要在电光带宽与消光比取折中。也就意味着，在保证一定的消光比时，电光带宽往往存在极限。现有的技术方案存在电光带宽瓶颈，无法满足片上光调制器的高带宽、高消光比的需求。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开实施例提供一种基于片上硅基的电光调制器，利用马赫曾德尔型调制单元和非线性开关单元组合的形式对光信号进行调制，将马赫曾德尔型调制单元的调制臂的臂长调整为小于2mm，再利用非线性开关单元的第一功率臂和第二功率臂产生克尔效应相位差以使经第一输出端口输出的调制信号的消光比增大，从而实现在保证光信号消光比的前提下增大光信号的带宽。

2、本公开的实施例的提供了一种基于片上硅基的电光调制器包括：输入波导，用于输入光信号；马赫曾德尔型调制单元，输入端与上述输入波导连接，上述马赫曾德尔型调制单元包括调制臂，上述调制臂的臂长小于2mm以增大输出的光信号的带宽；以及非线性开关单元包括：第一1×2分束器，与上述马赫曾德尔型调制单元的输出端连接；第一功率臂，与上述第一1×2分束器的一个输出端连接，上述第一功率臂适用于抑制调制后的光信号的克尔效应；第二功率臂，与上述第一1×2分束器的另一个输出端连接，上述第二功率臂的功率高于上述第一功率臂的功率，以使上述第二功率臂的克尔效应大于上述第一功率臂的克尔效应，进而产生克尔效应相位差；2×2耦合器，包括第一输出端口和第二输出端口，上述2×2耦合器的两个输入端分别连接上述第一功率臂和上述第二功率臂，上述2×2耦合器被构造成响应于上述克尔效应相位差的增大，以使上述第一输出端口输出的调制信号的消光比增大。

3、根据本公开的一些实施例，上述马赫曾德尔调制单元还包括：第二1×2分束器，输入端与上述输入波导连接，上述第二1×2分束器适用于将上述光信号分为两束；第一调制臂，输入端与上述第二1×2分束器的第一输出端连接，上述第一调制臂包括：热调区，适用于利用热光效应对一束光信号进行调制；以及第一调制区，适用于利用等离子体色散效应对经上述热调区调制后的光信号进行电光调制；以及第二调制臂，输入端与上述第二1×2分束器的第二输出端连接，上述第二调制臂包括第二调制区，上述第二调制区适用于利用等离子体色散效应对另一束光信号进行电光调制；其中，上述第一调制区和上述第二调制区具有相同的掺杂区截面和长度；上述第一调制区和上述第二调制区分别使用一个行波电极，通过采用差分电信号进行差分驱动。

4、根据本公开的一些实施例，上述第一调制臂和上述第二调制臂具有相同的波导截面和臂长用于平衡上述第一调制臂和上述第二调制臂除上述热调区、上述第一调制区和上述第二调制区之外的相位差。

5、根据本公开的一些实施例，上述马赫曾德尔调制单元还包括：2×1合束器，上述2×1合束器的第一输入端与上述第一调制臂的输出端连接，上述2×1合束器的第二输入端与上述第二调制臂的输出端连接，上述2×1合束器用于将上述第一调制臂和上述第二调制臂的上述光信号进行合束。

6、根据本公开的一些实施例，上述第一功率臂包括：级联分束合束组，用于降低上述第一1×2分束器输出的一束光信号的光功率，从而减小上述第一功率臂的克尔效应的相移；第一热调区，适用于对上述级联分束合束组输出的光信号进行调制，以补偿制造误差产生的相位偏移。

7、根据本公开的一些实施例，上述第二功率臂包括：第二热调区，适用于对上述第一1×2分束器输出的另一束光信号进行调制，以补偿制造误差产生的相位偏移；其中，调节上述第一热调区和上述第二热调区的电压以使经过上述第一输出端口输出的调制信号的消光比增大。

8、根据本公开的一些实施例，上述第一功率臂和上述第二功率臂长度相同，以使传输损耗相同、幅值均衡。

9、根据本公开的一些实施例，上述级联分束合束组包括级联的多个分束合束单元，每个上述分束合束单元包括：分束器和合束器；以及至少两个波导，并联设置于上述分束器与上述合束器之间。

10、根据本公开的一些实施例，上述2×2耦合器为3db耦合器，上述2×2耦合器是基于多模干涉的分束器或基于倏逝波耦合的3db定向耦合器。

11、根据本公开的一些实施例，上述电光调制器被构造成通过对绝缘体上硅的顶层硅进行光刻和刻蚀得到。

12、本公开提供一种基于片上硅基的电光调制器，利用马赫曾德尔型调制单元和非线性开关单元组合的形式对光信号进行调制，将马赫曾德尔型调制单元的调制臂的臂长调整为小于2mm，再利用非线性开关单元的第一功率臂和第二功率臂产生克尔效应相位差以使经第一输出端口输出的调制信号的消光比增大，用非线性开关单元的损耗小换取了增大电光带宽，同时增大了消光比。

技术特征：

1.一种基于片上硅基的电光调制器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于片上硅基的电光调制器，其特征在于，所述马赫曾德尔调制单元还包括：

3.根据权利要求2所述的基于片上硅基的电光调制器，其特征在于，所述第一调制臂和所述第二调制臂具有相同的波导截面和臂长用于平衡所述第一调制臂和所述第二调制臂除所述热调区、所述第一调制区和所述第二调制区之外的相位差。

4.根据权利要求2所述的基于片上硅基的电光调制器，其特征在于，所述马赫曾德尔调制单元还包括：

5.根据权利要求1所述的基于片上硅基的电光调制器，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的基于片上硅基的电光调制器，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的基于片上硅基的电光调制器，其特征在于，所述第一功率臂和所述第二功率臂长度相同，以使传输损耗相同、幅值均衡。

8.根据权利要求5所述的基于片上硅基的电光调制器，其特征在于，所述级联分束合束组包括级联的多个分束合束单元，每个所述分束合束单元包括：

9.根据权利要求1所述的基于片上硅基的电光调制器，其特征在于，所述2×2耦合器为3db耦合器，所述2×2耦合器是基于多模干涉的分束器或基于倏逝波耦合的3db定向耦合器。

10.根据权利要求1所述的基于片上硅基的电光调制器，其特征在于，所述电光调制器被构造成通过对绝缘体上硅的顶层硅进行光刻和刻蚀得到。

技术总结
本公开提供一种基于片上硅基的电光调制器包括：输入波导；马赫曾德尔型调制单元，输入端与输入波导连接，马赫曾德尔型调制单元包括调制臂，调制臂的臂长小于2mm以增大输出的光信号的带宽；非线性开关单元包括：第一1×2分束器，与马赫曾德尔型调制单元的输出端连接；第一功率臂，与第一1×2分束器的一个输出端连接；第二功率臂，与第一1×2分束器的另一个输出端连接，第二功率臂的功率高于第一功率臂的功率；2×2耦合器包括第一输出端口和第二输出端口，2×2耦合器的两个输入端分别连接第一功率臂和第二功率臂，2×2耦合器被构造成响应于克尔效应相位差的增大，以使第一输出端口输出的调制信号的消光比增大。

技术研发人员：张高露,刘思薇,付鑫,杨林
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13