CN115061241B

CN115061241B - 一种波分复用器

Info

Publication number: CN115061241B
Application number: CN202210934510.0A
Authority: CN
Inventors: 辛田; 冯大增; 武爱民
Original assignee: Shanghai Xihe Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Xihe Technology Co ltd
Priority date: 2022-08-04
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2042-08-04
Also published as: CN115061241A

Abstract

本申请涉及一种波分复用器，该波分复用器包括光栅、马赫泽德干涉仪和调相模块；调相模块与马赫泽德干涉仪连接；调相模块用于根据当前环境温度对马赫泽德干涉仪进行相位调制；马赫泽德干涉仪的输出端与光栅的输入端连接；马赫泽德干涉仪，用于在调相模块的调制下，对光信号进入光栅的输入路径进行校准；或者；马赫泽德干涉仪的输入端与光栅的输出端连接；马赫泽德干涉仪，用于在调相模块的调制下，对光栅所输出的光信号的输出路径进行校准。如此，可以有效解决现有技术中不同温度环境下，光栅输出通道中心波长易发生漂移的问题。

Description

一种波分复用器

技术领域

本申请涉及光电半导体技术领域，特别涉及一种波分复用器。

背景技术

随着信息传输需求增加，波分复用器件因其信息承载能力强、成本低的优势被越来越多的应用在通信中。光集成平台上实现波分复用器件的主要有光栅和栅格马赫泽德（MZI，Mach-Zehnder Interferometer）方法。基于光栅的波分复用器件主要有Echelle光栅和阵列波导光栅（AWG，Arrayed Waveguide Grating），具有集成度高、通道可扩展性强的优点，所以被广泛用在波分复用光集成系统中。

在绝缘体上硅（SOI，Silicon-on-Insulator）平台中，由于硅具有较强热光性能，硅基光栅存在输出中心波长随环境温度漂移（以下简称温漂）的问题。目前抗温漂设计有多种途径，但都存在工艺不成熟、功耗高或温控步骤复杂的问题，难以在实际器件中得到应用。

发明内容

本申请实施例提供了一种波分复用器，可以解决光栅输出中心波长随环境温度漂移的问题。

一方面，本申请实施例提供了一种波分复用器，包括光栅、马赫泽德干涉仪和调相模块；调相模块与马赫泽德干涉仪连接；调相模块用于根据当前环境温度对马赫泽德干涉仪进行相位调制；

马赫泽德干涉仪的输出端与光栅的输入端连接；马赫泽德干涉仪，用于在调相模块的调制下，对光信号进入光栅的输入路径进行校准；

或者；马赫泽德干涉仪的输入端与光栅的输出端连接；马赫泽德干涉仪，用于在调相模块的调制下，对光栅所输出的光信号的输出路径进行校准。

可选的，马赫泽德干涉仪包括第一分光单元、第二分光单元和相移单元，第一分光单元的输出端与相移单元的输入端连接，相移单元的输出端与第二分光单元的输入端连接；

调相模块用于根据当前环境温度调制相移单元的相移量。

可选的，调相模块用于随当前环境温度的增大，增大相移单元的相移量。

可选的，调相模块用于在当前环境温度为80℃时，将相移单元的相移量调制为π/2；

或者；调相模块用于在当前环境温度为35℃时，将相移单元的相移量调制为0；

或者；调相模块用于在当前环境温度为-10℃时，将相移单元的相移量调制为-π/2。

可选的，第一分光单元包括多模干涉仪、定向耦合器和Y分支波导中的任一个。

可选的，第二分光单元包括多模干涉仪、定向耦合器和Y分支波导中的任一个。

可选的，光栅包括阵列波导光栅或者Echelle光栅。

可选的，调相模块包括热光调相模块，热光调相模块用于调制马赫泽德干涉仪中波导的温度。

可选的，调相模块包括电光调相模块，电光调相模块用于对马赫泽德干涉仪施加电压，调制马赫泽德干涉仪中掺杂波导内载流子浓度。

可选的，波分复用器基于绝缘体上硅、氮化硅、氧化硅、聚合物中的任一种材料制备得到。

本申请实施例提供的一种波分复用器具有如下有益效果：

波分复用器包括光栅、马赫泽德干涉仪和调相模块；调相模块与马赫泽德干涉仪连接；调相模块用于根据当前环境温度对马赫泽德干涉仪进行相位调制；马赫泽德干涉仪的输出端与光栅的输入端连接；马赫泽德干涉仪，用于在调相模块的调制下，对光信号进入光栅的输入路径进行校准；或者；马赫泽德干涉仪的输入端与光栅的输出端连接；马赫泽德干涉仪，用于在调相模块的调制下，对光栅所输出的光信号的输出路径进行校准。本申请通过调相模块基于当前环境温度对马赫泽德干涉仪的相位调制，实现光信号传播路径的校准。如此，可以有效解决现有技术中不同温度环境下，光栅输出通道中心波长易发生漂移的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种现有技术中光栅在不同温度环境下发生温漂现象的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种波分复用器的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种本申请波分复用器中光栅在不同温度环境下的抗温漂的示意图；

图4是本申请实施例提供的一种马赫泽德干涉仪的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种中心温度下输入光栅的光场以及光栅色散的仿真结果示意图；

图6是本申请实施例提供的一种高温下输入光栅的光场以及光栅色散的仿真结果示意图；

附图标记说明：

1-光栅；2-马赫泽德干涉仪；21-第一分光单元；22-第二分光单元；23-相移单元；3-调相模块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

集成光学光栅利用相位差来实现色散，对于温度敏感材料，在环境温度变化情况下，输出通道中心波长会发生漂移；如图1中的（a）所示，包含有不同波长（λ₁~λ₃）的复合光信号从光栅的一端输入，在光栅的另一端输出三个分光信号，在处于中心温度（T_mid）下时，三个分光信号分别对应的三个输出通道中心波长如图所示；而当温度发生变化时，如图1中的（b）和（c）所示，三个分光信号分别对应的三个输出通道中心波长会发生漂移；例如图1中的（b）所示，在处于相对较高的温度（T_high）下时，三个分光信号分别对应的三个输出通道中心波长向上发生漂移；又如图1中的（c）所示，在处于相对较低的温度（T_low）下时，三个分光信号分别对应的三个输出通道中心波长向下发生漂移。

基于此，本申请实施例提出一种抗温漂设计的波分复用器，可以有效解决不同温度环境下，光栅输出通道中心波长易发生漂移的问题。

请参阅图2，图2是本申请实施例提供的一种波分复用器的结构示意图，波分复用器包括光栅1、马赫泽德干涉仪2和调相模块3；调相模块3与马赫泽德干涉仪2连接；调相模块3用于根据当前环境温度对马赫泽德干涉仪2进行相位调制；

马赫泽德干涉仪2的输出端与光栅1的输入端连接；马赫泽德干涉仪2，用于在调相模块3的调制下，对光信号进入光栅1的输入路径进行校准。

或者，在本申请其他实施例中，波分复用器包括光栅1、马赫泽德干涉仪2和调相模块3；调相模块3与马赫泽德干涉仪2连接；调相模块3用于根据当前环境温度对马赫泽德干涉仪2进行相位调制；

马赫泽德干涉仪2的输入端与光栅1的输出端连接；马赫泽德干涉仪2，用于在调相模块3的调制下，对光栅1所输出的光信号的输出路径进行校准。

本申请实施例中，通过马赫泽德干涉仪2与光栅1的不同连接方式，在调相模块3的作用下，可以形成两种不同的调制模式；在马赫泽德干涉仪2的输出端与光栅1的输入端连接时，光信号先经过马赫泽德干涉仪2，后经过光栅1，在调相模块3的调制下，从马赫泽德干涉仪2预设输出位置输出光信号，以使光信号从光栅1的预设输入位置输入，从而实现对光信号进入光栅1的输入路径进行校准；在马赫泽德干涉仪2的输入端与光栅1的输出端连接时，光信号先经过光栅1，后经过马赫泽德干涉仪2，马赫泽德干涉仪2对光栅1所输出的光信号的输出路径进行校准。

本申请实施例提供的一种波分复用器，通过设置马赫泽德干涉仪2，将马赫泽德干涉仪2与光栅1连接，并通过调相模块3基于当前环境温度对马赫泽德干涉仪2的相位调制，如此，实现光信号传播路径的校准，从而解决现有技术中由于环境温度变化造成的光栅输出中心波长漂移的问题。

需要说明的是，本申请通过校准光信号传播路径的方式，解决光栅型波分复用器受温度影响造成输出波长漂移的问题。如图3所示，对光信号传播路径中进入光栅的光信号的位置进行校准，即，将进入光栅的光信号的位置从原始输入位置（三个灰度不同的实心圆），改成从预设输入位置（三个灰度不同的虚线圆）进入。比如，图1中的（b），在处于相对较高的温度（T_high）下时，原本受高温影响而发生向上漂移的中心波长，在经过光信号传播路径校准后，如图3中的（b），光信号从高于原始输入位置的预设输入位置进入光栅，输出通道中心波长得以校准。

本申请为了实现校准光信号传播路径，采用马赫泽德干涉仪2和调相模块3，在调相模块3的调制下，马赫泽德干涉仪2可以改变光信号传播路径中进入光栅的光信号的位置，或者马赫泽德干涉仪2也可以对光信号传播路径中从光栅输出通道输出的光信号的输出路径进行校准。在其他实施例中，也可以通过在光栅1的输入端位置处或者输出端位置处设置其他光信号路径校准器件代替本申请的马赫泽德干涉仪2和调相模块3，以对经光栅1的光信号传播路径进行干涉，从而解决光栅型波分复用器受环境温度的影响而发生漂移的问题。

为了方便理解和说明，下文以图2所示的波分复用器结构为例进行说明。

一个可选的实施例中，上述光栅1可以包括阵列波导光栅或者Echelle光栅。

一个可选的实施例中，波分复用器可以基于绝缘体上硅（SOI，Silicon-on-Insulator）、氮化硅、氧化硅、聚合物中的任一种材料制备得到。

如图3所示，图3是本申请实施例提供的一种本申请波分复用器中光栅在不同温度环境下的抗温漂的示意图，此处采用图2所示的波分复用器结构；如图3中的（a）所示，本申请的波分复用器在处于中心温度（T_mid）下时，光信号从光栅1中原始输入位置处输入，输出的三个不同波长的分光信号从对应的原始输出位置输出；如图3中的（b）所示，本申请的波分复用器在处于相对较高的温度（T_high）下时，通过马赫泽德干涉仪2和调相模块3的相位调制，光信号将从相较于原始输入位置略高的预设输入位置处输入光栅1，使得三个不同波长的分光信号可以从对应的原始输出位置输出，从而避免向上发生漂移；如图3中的（c）所示，本申请的波分复用器在处于相对较低的温度（T_low）下时，通过马赫泽德干涉仪2和调相模块3的相位调制，光信号将从相较于原始输入位置略低的预设输入位置处输入光栅1，使得三个不同波长的分光信号可以从对应的原始输出位置输出，从而避免向下发生漂移。

一个可选的实施例中，如图2所示，马赫泽德干涉仪2包括第一分光单元21、第二分光单元22和相移单元23，第一分光单元21的输出端与相移单元23的输入端连接，相移单元23的输出端与第二分光单元22的输入端连接；

调相模块3用于根据当前环境温度调制相移单元23的相移量。

其中，第一分光单元21可以包括多模干涉仪（MMI，Multimode Interferometer）、定向耦合器（DC，Directional Coupler）和Y分支波导（Y-branch）中的任一个；第二分光单元22可以包括多模干涉仪、定向耦合器和Y分支波导中的任一个。

上述的调相模块3，用于随当前环境温度的增大，增大相移单元23的相移量。

相移单元23包括连接第一分光单元21和第二分光单元22的上臂波导和下臂波导，相移单元23的相移量即上臂波导与下臂波导之间的相位差；

具体的，如图4中的（a）所示，在当前环境温度为80℃时，调相模块3将相移单元23的相移量调制为π/2；如此，实现光信号能够从马赫泽德干涉仪2的预设输出位置output1输出；

如图4中的（b）所示，在当前环境温度为35℃时，调相模块3将相移单元23的相移量调制为0；如此，实现光信号能够从马赫泽德干涉仪2的预设输出位置output1和output2输出；

如图4中的（c）所示，在当前环境温度为-10℃时，调相模块3将相移单元23的相移量调制为-π/2；如此，实现光信号能够从马赫泽德干涉仪2的预设输出位置output2输出。

本申请实施例中，马赫泽德干涉仪2的相位调制方式包括但不限于热光方式或电光方式，热光方式下，通过改变硅波导温度来达成折射率的变化；电光方式下，通过改变掺杂波导内载流子浓度来达成折射率的变化。

一个可选的实施例中，调相模块3包括热光调相模块，热光调相模块用于调制马赫泽德干涉仪2中波导的温度。

另一个可选的实施例中，调相模块3包括电光调相模块，电光调相模块用于对马赫泽德干涉仪2施加电压，调制马赫泽德干涉仪2中掺杂波导内载流子浓度。

如图5~图6所示，图5和图6是本申请实施例提供的图2的波分复用器结构，在不同温度下，输入光栅的光场以及光栅色散的仿真结果示意图；结合图4，图5中的上侧所示为第二分光单元22的光场图，在处于中心温度（T_mid）下时，光信号从马赫泽德干涉仪2的预设输出位置output1和output2输出；图5中的下侧所示为处于中心温度（T_mid）下时，光栅1的输出通道中心波长示意图；在处于相对较高的温度（T_high）下时，如图6中的上侧所示，经过相位调制后，光信号从马赫泽德干涉仪2的预设输出位置output1输出，图6中的下侧所示为处于相对较高的温度（T_high）下时，光栅1的输出通道中心波长示意图，对比图5可以看出，光栅输出中心波长没有发生漂移。

综上，本申请实施例提供的一种波分复用器，通过设置马赫泽德干涉仪2，将马赫泽德干涉仪2与光栅1连接，并通过调相模块3基于当前环境温度对马赫泽德干涉仪2的相位调制。如此，实现光信号传播路径的校准，从而可以有效解决现有技术中不同温度环境下，光栅输出通道中心波长易发生漂移的问题。

需要说明的是：上述本申请实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种波分复用器，其特征在于，包括光栅（1）、马赫泽德干涉仪（2）和调相模块（3）；所述调相模块（3）与所述马赫泽德干涉仪（2）连接；所述调相模块（3）用于根据当前环境温度对所述马赫泽德干涉仪（2）进行相位调制，所述马赫泽德干涉仪（2）在所述调相模块（3）的调制下，从预设输出端口输出光信号，以使得经所述光栅（1）的光信号传播路径不受所述当前环境温度的影响而发生漂移；

所述马赫泽德干涉仪（2）的输出端与所述光栅（1）的输入端连接；所述马赫泽德干涉仪（2），用于在所述调相模块（3）的调制下，对光信号进入所述光栅（1）的输入路径进行校准；或者；所述马赫泽德干涉仪（2）的输入端与所述光栅（1）的输出端连接；所述马赫泽德干涉仪（2），用于在所述调相模块（3）的调制下，对所述光栅（1）所输出的光信号的输出路径进行校准；

所述马赫泽德干涉仪（2）包括第一分光单元（21）、第二分光单元（22）和相移单元（23），所述第一分光单元（21）的输出端与所述相移单元（23）的输入端连接，所述相移单元（23）的输出端与所述第二分光单元（22）的输入端连接；

所述调相模块（3）用于随所述当前环境温度的增大，增大所述相移单元（23）的相移量。

2.根据权利要求1所述的波分复用器，其特征在于，

所述调相模块（3）用于在所述当前环境温度为80℃时，将所述相移单元（23）的相移量调制为π/2；

或者；所述调相模块（3）用于在所述当前环境温度为35℃时，将所述相移单元（23）的相移量调制为0；

或者；所述调相模块（3）用于在所述当前环境温度为-10℃时，将所述相移单元（23）的相移量调制为-π/2。

3.根据权利要求1所述的波分复用器，其特征在于，所述第一分光单元（21）包括多模干涉仪、定向耦合器和Y分支波导中的任一个。

4.根据权利要求1或3所述的波分复用器，其特征在于，所述第二分光单元（22）包括多模干涉仪、定向耦合器和Y分支波导中的任一个。

5.根据权利要求1所述的波分复用器，其特征在于，所述光栅（1）包括阵列波导光栅或者Echelle光栅。

6.根据权利要求1或5所述的波分复用器，其特征在于，所述调相模块（3）包括热光调相模块，所述热光调相模块用于调制所述马赫泽德干涉仪（2）中波导的温度。

7.根据权利要求1或5所述的波分复用器，其特征在于，所述调相模块（3）包括电光调相模块，所述电光调相模块用于对所述马赫泽德干涉仪（2）施加电压，调制所述马赫泽德干涉仪（2）中掺杂波导内载流子浓度。

8.根据权利要求1所述的波分复用器，其特征在于，所述波分复用器基于绝缘体上硅、氮化硅、氧化硅、聚合物中的任一种材料制备得到。