[發(fā)明專利]硅基高速雙載波雙偏振調(diào)制器集成芯片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611088806.6
• 申請(qǐng)日: 2016-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN106788765B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明;唐健;劉宇;袁海慶;祝寧華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H04B10/516
• 分類號(hào): H04B10/516;H04B10/54
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發(fā)明公開了一種硅基高速雙載波雙偏振調(diào)制器集成芯片，該硅基高速雙載波雙偏振調(diào)制器集成芯片包括：2個(gè)單模垂直耦合光柵，2個(gè)調(diào)制模塊，1個(gè)2×1多模干涉耦合器，1個(gè)雙模垂直耦合光柵。該硅基高速雙載波雙偏振調(diào)制器集成芯片能夠雙波長(zhǎng)、雙偏振態(tài)工作，將偏振復(fù)用與波分復(fù)用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜格式調(diào)制，提高數(shù)據(jù)調(diào)制速率。該硅基高速雙載波雙偏振調(diào)制器集成芯片可實(shí)現(xiàn)雙偏振16進(jìn)制正交幅度調(diào)制，滿足下一代光通信系統(tǒng)要求的高階格式調(diào)制，調(diào)制速率可達(dá)到甚至超過(guò)400Gbit/s。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高速光通信系統(tǒng)中使用的高速電光調(diào)制器，具體涉及一種硅基高速雙載波雙偏振調(diào)制器集成芯片。

背景技術(shù)

21世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)信息的需求前所未有的爆炸式增長(zhǎng)。光纖通信技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了高速率、大容量的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，中國(guó)也于2013年提出了“寬帶中國(guó)”國(guó)家戰(zhàn)略，將高速大容量網(wǎng)絡(luò)建設(shè)納入國(guó)家發(fā)展計(jì)劃。然而目前，世界各國(guó)已相繼鋪設(shè)了較為完整的基于密集波分復(fù)用技術(shù)的現(xiàn)行光纖通信網(wǎng)絡(luò)。面對(duì)日益增長(zhǎng)的信息量需求，傳統(tǒng)密集波分復(fù)用光通信系統(tǒng)容量已經(jīng)逐漸被消耗殆盡。因此，如何在盡可能利用現(xiàn)行光通信設(shè)施的基礎(chǔ)上，最大限度的提升光傳輸系統(tǒng)容量與速率成為了光通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

隨著高性能激光器，低成本的高速光電子芯片發(fā)展，基于高階調(diào)制碼型、相干檢測(cè)和數(shù)字信號(hào)處理的相干光通信技術(shù)可良好解決光通信系統(tǒng)容量與速率的問題，成為下一代長(zhǎng)距離大容量光通信系統(tǒng)的主要技術(shù)。其主要具有以下優(yōu)勢(shì)：頻譜利用率高，接收機(jī)靈敏度高(比直接探測(cè)技術(shù)高大約20dB)，強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)良好補(bǔ)償光信號(hào)的傳輸損傷，簡(jiǎn)化了傳輸鏈路，降低了傳輸成本。

相干光通信系統(tǒng)早在80年代就有研究，但隨著90年代摻鉺光纖放大器(EDFA)及波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)明，部分滿足了當(dāng)時(shí)通信系統(tǒng)容量的需求，故而相干光通信系統(tǒng)停滯不前。直到2002年，OFC會(huì)議上報(bào)道了基于差分四相移鍵控(DQPSK)調(diào)制碼型的10Gb/s實(shí)驗(yàn)傳輸系統(tǒng)，相干光通信技術(shù)才重新引起人們的關(guān)注。自此以后，人們相繼實(shí)現(xiàn)了40Gb/s四相移鍵控(QPSK)信號(hào)3060公里傳輸實(shí)驗(yàn)；800Mbit/s QPSK光信號(hào)相干檢測(cè)實(shí)驗(yàn)；基于偏振復(fù)用四相移鍵控(DP-QPSK)調(diào)制格式的40Gb/s以及100Gb/s相干光通信實(shí)驗(yàn)。超高速大容量的相干光通信系統(tǒng)逐漸浮出水面。2009年，Bell實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了10×112Gb/s基于雙偏振16進(jìn)制正交幅度調(diào)制(DP-16QAM)調(diào)制格式的光通信系統(tǒng)，繼而基于DP-32QAM，DP-64QAM，DP-128QAM等高階調(diào)制碼型的相干光通信系統(tǒng)也被報(bào)道。高階調(diào)制碼型的應(yīng)用大大提升了光通信系統(tǒng)的頻譜效率，進(jìn)而提升了光纖通信系統(tǒng)的通信容量。

由于傳統(tǒng)的密集波分復(fù)用光通信系統(tǒng)的通信速率及容量已經(jīng)無(wú)法滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的信息需求，且傳統(tǒng)的光調(diào)制器體積大，功耗高，通信中心基站大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面臨瓶頸，所以，目前急需高階調(diào)制碼型調(diào)制、穩(wěn)定、低功耗、小體積的光調(diào)制器來(lái)解決這些問題。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

為了實(shí)現(xiàn)高速率大容量的高速光通信，滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的信息需求，本發(fā)明所提出的硅基高速雙載波雙偏振調(diào)制器集成芯片，通過(guò)采用高階調(diào)制格式、波分復(fù)用、偏振復(fù)用相結(jié)合的方式，可實(shí)現(xiàn)高速率大容量的電光調(diào)制。同時(shí)，本發(fā)明利用成熟的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝，在一塊硅基晶圓片上按設(shè)計(jì)方案集成制備各個(gè)器件，實(shí)現(xiàn)了調(diào)制器小型化，集成化。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供一種硅基高速雙載波雙偏振調(diào)制器集成芯片其特征在于，包括第一單模垂直耦合光柵1a、第一調(diào)制模塊1、第二單模垂直耦合光柵1b、第二調(diào)制模塊2、2×1多模干涉耦合器7和雙模垂直耦合光柵8，其中：

第一單模垂直耦合光柵1a接收外部輸入的激光光束a，將激光光束a耦合入第一調(diào)制模塊1，第一調(diào)制模塊1對(duì)激光光束a進(jìn)行移相、強(qiáng)度調(diào)制和模式轉(zhuǎn)換處理后輸出給2×1多模干涉耦合器7；