[發明專利]一種硅基光混頻器結構及制造方法

有效

• 申請號: 202110004547.9
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112666654B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 盧魯璐子;曹權
• 申請（專利權）人: 烽火通信科技股份有限公司;武漢飛思靈微電子技術有限公司
• 主分類號: G02B6/13
• 分類號: G02B6/13;G02B6/122
• 代理公司: 深圳市六加知識產權代理有限公司 44372
• 代理人: 向彬

本發明涉及相干光通信芯片技術領域，提供了一種硅基光混頻器結構及制造方法。在硅基片上生成指定數量對的入射波導和出射波導；在硅基片上生成具有預設外輪廓的多模干涉區，在多模干涉區上與光傳輸方向一致的兩條側邊，分別設置有指定間隔距離的坐標點；在生成多模干涉區的指定輪廓時，對坐標點到多模干涉區中軸線的距離的逐級遞歸調整和測試，并根據逐級遞歸測試結果中指定維度的性能參數的變化，制定出各個坐標點的到多模干涉區中軸線的目標距離；根據各個坐標點的到多模干涉區中軸線的目標距離，來制作多模干涉區的指定輪廓。本發明通過引入指定輪廓的多模干涉區結構來改善該結構混頻器的性能，獲得更低、更平坦的相位誤差和更大的帶寬。

【技術領域】

本發明涉及相干光通信芯片技術領域，特別是涉及一種硅基光混頻器結構及制造方法。

【背景技術】

相干光通信系統的應用大大提高了光通信系統的速率、容量和傳輸距離，而相干光通信系統中信號的產生和接收都離不開相干光通信芯片技術。相干光通信芯片可分為發射側和接收側，在接收側需要用到相干光接收技術，通常是零差或外差探測技術，而光混頻器是這兩種接收方式的核心組件。

在光混頻器中，由線路接收到的信號光與本振光在滿足波前匹配的條件下進行光學混頻，從而得到攜帶幅度、相位等信息的差頻信號，接著經過光電探測器轉換為電信號，再經放大和模數轉換后，通過數字信號處理部分中采用的靈活的算法提取原信號光中攜帶的幅度、相位信息。作為相干光通信接收側芯片的核心部件，光混頻器的混頻效率及性能決定了相干接收機的探測靈敏度，從而影響整個相干光通信系統的性能。

目前片上集成的光混頻器的設計主要集中為兩種形式：級聯型和單級型。級聯型的光混頻器，通常會包含分束器、相移器、交叉連接器等組件，其結構的集成度低，且多器件級聯會造成較大插損。單級型的光混頻器，通常是4×4多模干涉結構(MMI)，其集成度佳，但面臨設計可變參數單一，能達到的性能受限的問題，且由于存在諧振腔結構，最終得到的相位誤差隨光譜抖動劇烈。

在片上集成器件設計領域，有通過引入非規則結構可以改善器件各波長波前匹配情況來進行器件性能改善的例子，可以將其引入傳統4×4MMI結構的設計中，以打破外形對電磁場匹配的限制，獲得更低更平坦的相位誤差和更大的帶寬。雖然非規則結構的引入會帶來更優的器件性能，但同時也會使得器件的工藝容差非常差，讓設計不再適用于工業量產。綜上，為了解決在提升光混頻器性能的同時還要保證較高的工藝容差性這一問題，需另辟蹊徑。

【發明內容】

本發明要解決的技術問題是非規則結構的引入會帶來更優的器件性能，同時也會使得器件的工藝容差非常差，讓設計不再適用于工業量產。

本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種硅基光混頻器的制造方法，方法包括：

在硅基片上生成指定數量對的入射波導和出射波導；

在所述硅基片上生成具有預設外輪廓的多模干涉區，在多模干涉區上與光傳輸方向一致的兩條側邊，分別設置有指定間隔距離的坐標點；

在生成多模干涉區的指定輪廓時，對所述坐標點到多模干涉區中軸線的距離的逐級遞歸調整和測試，并根據逐級遞歸測試結果中指定維度的性能參數的變化，制定出各個坐標點的到多模干涉區中軸線的目標距離；

根據所述各個坐標點的到多模干涉區中軸線的目標距離，來制作多模干涉區的指定輪廓。

優選的，所述對所述坐標點到多模干涉區中軸線的距離的逐級遞歸調整和測試，具體包括：

以硅基光混頻器的中軸線為中心軸，確定位于中心軸兩側的每一對坐標點與中心軸之間的距離，每一坐標點中設遠離中心軸的調整為正向移動，靠近中心軸的調整為負向移動；通過正向移動或負向移動，逐一調整相應多模干涉區輪廓上坐標點在位置；