[發明專利]可重構模式轉換與多模DPSK解調的微納器件及方法

有效

• 申請號: 202110558123.7
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113281842B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 陳錦輝;鄭澤寰;陳穎;陳煥陽
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/125;G02B6/14
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

可重構模式轉換與多模DPSK解調的微納器件及方法，涉及模分復用光通信技術領域。所述微納器件包括光功率分配器、時延單元、可重構模式轉換器和模式解復用器。多模DPSK信號經過光功率分配器均分成兩路，兩路信號通過時延單元調整后存在一個bit位的延時差，再送入可重構模式轉換器進行模式轉換，最后通過模式解復用器進行解復用，得到解調后的開關鍵控信號。可重構模式轉換器通過相移器對轉換功能進行重構，對不同相位差的輸入信號實施不同的模式轉換對。可實現光的多模可重構并行轉換與多模DPSK并行解調，提高功能的靈活性，降低器件體積和解調器組件數量，對片上光系統的進一步集成化和多功能化具有積極意義。

技術領域

本發明涉及模分復用光通信技術領域，尤其是涉及一種可重構模式轉換與多模DPSK解調的微納器件及方法。

背景技術

信息技術飛速發展，使網絡數據量呈現出爆炸式增長，這對光通信網絡的帶寬和容量提出更高的要求。光復用技術是提升光通信容量的一種手段，目前已發展出時分復用(TDM，Time Division Multiplexing)、波分復用(WDM,Wavelength DivisionMultiplexing)和空分復用(SDM,Space Division Multiplexing)等分支。模分復用(MDM,Mode Division Multiplexing)技術是SDM的一種實現方式，它通過將信息調制到相互正交的模式信道上，從而達到信號同步傳輸的目的。

近年來，基于SOI(Silicon-On-Insulator)工藝的MDM片上光學器件受到業界的廣泛關注與研究。其中，基于SOI的模式轉換器能夠對波導中的模式進行變換，達到模式開關和模式路由等目的。雖然目前已有許多方法能夠設計模式轉換器，但仍然存在一些不足：一方面，用傳統方法(例如Y型波導或多模干涉耦合器)設計的轉換器體積較大，難以大規模集成；另一方面，一些采用反向設計或機器學習等方法生成的轉換器雖然體積較小，則缺乏功能可重構的靈活性。

此外，在MDM通信系統中，基于馬赫-曾德爾干涉儀(MZI,Mach-ZehnderInterferometer)、環形諧振腔或相干完美吸收器等結構的DPSK(Difference Phase ShiftKeying)解調器難以對多模DPSK信號直接解調的缺點，需要先將所有模式分離并降為基模，再分別實施解調，這無疑增加解調器的組件數量和體積。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述缺點，提供可實現多個模式的可重構并行模式轉換和多模DPSK信號的并行解調的一種可重構模式轉換與多模DPSK解調的微納器件。

本發明的另一目的在于提供可重構模式轉換與多模DPSK解調的方法。

所述可重構模式轉換與多模DPSK解調的微納器件，包括光功率分配器、時延單元、可重構模式轉換器和模式解復用器；

所述光功率分配器的輸入端輸入多模DPSK信號，光功率分配器的兩個輸出端分別接可重構模式轉換器和時延單元的輸入端，可重構模式轉換器的另一輸入端接時延單元的輸出端，可重構模式轉換器的輸出端與模式解復用器的輸入端相連，模式解復用器的輸出端輸出多模解調信號。

所述時延單元采用bit位時延線或相移器，bit位時延線用于使輸入的兩路信號之間產生一個bit位的延時差；相移器用于使輸入的兩路信號之間產生相位差。

所述可重構模式轉換器采用超構材料加反向設計的方法優化設計而成，可重構模式轉換器為像素塊陣列超材料，包含均勻分割的若干像素塊陣列，每個像素塊由硅或二氧化硅填充。

所述可重構模式轉換與多模DPSK解調的方法，包括以下步驟：

1)輸入多模DPSK信號，經過光功率分配器分成兩路信號，該兩路信號與輸入的多模DPSK信號模式相同、功率分別為輸入信號的一半；