[發(fā)明專利]一種耦合效率可電壓微調(diào)的硅微環(huán)耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)

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• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111045271A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范詩佳;劉永;張旨遙;張尚劍;孫豹
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G02F1/21
• 分類號: G02F1/21;G02F1/01;G02F1/225
• 代理公司: 成都時譽知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51250
• 代理人: 李雙

本發(fā)明公開了一種耦合效率可電壓微調(diào)的硅微環(huán)耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)，包括微環(huán)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、輸入端2×2的3dBMMI、輸出端2×2的3dBMMI、非平衡型MZ相位調(diào)制結(jié)構(gòu)；微環(huán)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)一端與所述輸入端2×2的3dBMMI的輸入端口相連，微環(huán)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)另一端與所述輸出端2×2的3dBMMI的輸出端口相連；所述的非平衡型MZ相位調(diào)制結(jié)構(gòu)一端與輸入端2×2的3dBMMI的輸出端口連接，另一端與輸出端2×2的3dBMMI的輸入端口連接。本發(fā)明提出了一種新的微環(huán)耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)，基于此結(jié)構(gòu)的微環(huán)調(diào)制器能夠微調(diào)微環(huán)與直波導(dǎo)間的耦合效率，使其達到我們想要的某一特定值，且精度較高，從而在需要精確控制耦合效率的應(yīng)用場景中發(fā)揮作用，該結(jié)構(gòu)對于線性化的集成光子器件有著重要應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種耦合效率可電壓微調(diào)的硅微環(huán)耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

現(xiàn)今的光子集成領(lǐng)域中，微環(huán)結(jié)構(gòu)在調(diào)制器、濾波器、波分復(fù)用器、光延遲器等器件中有大量的應(yīng)用。微環(huán)結(jié)構(gòu)在集成光子器件中發(fā)揮重要作用的原因在于微環(huán)波導(dǎo)與直波導(dǎo)間的光場耦合作用，耦合效率是個十分重要的參數(shù)。

在某些應(yīng)用如微環(huán)輔助MZ調(diào)制器的線性化中，對于微環(huán)與直波導(dǎo)間的耦合效率有著精確的要求。例如，對于基于單微環(huán)輔助MZ調(diào)制器的線性化方案來說，耦合效率需要控制在0.928。對于一般的基于倏逝波耦合的微環(huán)結(jié)構(gòu)，很難達到如此精準的耦合效率，對工藝容差要求很高，且無法調(diào)諧（Xie X , Khurgin J , Kang J , et al. Linearized Mach-Zehnder intensity modulator[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2003, 15(4):531-533.）；對于其他的基于多模干涉耦合的微環(huán)結(jié)構(gòu)，也并沒有對耦合效率的精準控制加以關(guān)注（Microwave frequency upconversion employing a coupling-modulatedring resonator[J]. Photonics Research, 2017, v.5(06):208-213.）。為了提高對微環(huán)耦合效率的控制能力，降低工藝容差，尋找一種可微調(diào)的耦合效率調(diào)制結(jié)構(gòu)十分有必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種耦合效率可電壓微調(diào)的硅微環(huán)耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)。

根據(jù)傳輸矩陣理論分析，通過引入非平衡型MZ臂產(chǎn)生長度差而引入相位差，結(jié)合兩2×2的3dB多模干涉耦合器，可以在無控制電壓的情況下預(yù)先把耦合效率調(diào)到我們需要的值附近。再進一步，對非平衡型MZ相位調(diào)制結(jié)構(gòu)加上調(diào)制電壓來微調(diào)調(diào)制相位，這樣就可以使耦合效率精確地到達我們所需的值。

本發(fā)明提出了一種耦合效率可電壓微調(diào)的硅微環(huán)耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)，包括微環(huán)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、輸入端2×2的3dBMMI、輸出端2×2的3dBMMI、非平衡型MZ相位調(diào)制結(jié)構(gòu)；微環(huán)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)一端與所述輸入端2×2的3dBMMI的輸入端口相連，微環(huán)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)另一端與所述輸出端2×2的3dBMMI的輸出端口相連； 所述的非平衡型MZ相位調(diào)制結(jié)構(gòu)一端與輸入端2×2的3dBMMI的輸出端口連接，另一端與輸出端2×2的3dBMMI的輸入端口連接。

優(yōu)選的，所述非平衡型MZ相位調(diào)制器結(jié)構(gòu)包括一個單模波導(dǎo)短臂和帶有彎曲的單模波導(dǎo)長臂；所述輸入端2×2的3dBMMI的輸入端口一輸入光信號，輸入端口二連接微環(huán)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)一端，輸出端口一連接所述非平衡型MZ相位調(diào)制結(jié)構(gòu)的短臂，輸出端口二連接所述非平衡型MZ相位調(diào)制結(jié)構(gòu)的長臂；所述輸出端2×2的3dBMMI的輸入端口一連接所述非平衡型MZ相位調(diào)制結(jié)構(gòu)的短臂，輸入端口二連接所述非平衡型MZ相位調(diào)制結(jié)構(gòu)的長臂，輸出端口一連接微環(huán)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)另一端，輸出端口二輸出光信號。

優(yōu)選的，所述微環(huán)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為單模波導(dǎo)，所述的微環(huán)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由兩個二分之一圓弧波導(dǎo)和一段直波導(dǎo)構(gòu)成。

優(yōu)選的，結(jié)構(gòu)中的波導(dǎo)采用脊形波導(dǎo)；波導(dǎo)材料為硅；基底的材料為二氧化硅、硅、Ⅲ-Ⅴ族材料中任一一種。