[发明专利]一种反射式热光可调光衰减器

说明书

技术领域

本发明属于集成光电子器件领域，具体涉及一种反射式热光可调光衰减器。

背景技术

可调光衰减器(Variable Optical Attenuator, VOA) 是光通信系统中不可或缺的关键器件。VOA的主要功能是用来减低光信号或者平衡通道间光功率的差异。特别是随着密集波分复用(DWDM)技术和EDFA在光通信系统中的应用，在多个光信号传输通道上必须进行增益平坦化或者信道功率均衡，在光接收器端要进行动态饱和的控制，这些都使得VOA成为其中不可或缺的关键器件。

纵观目前各种的VOA实现方案，主要以MEMS和集成波导VOA为主。基于MEMS技术实现的VOA具有工艺成熟、光学特性好、低损耗、偏振相关损耗小、无需温控等优点，但是MEMS的机械磨损较大，而且调制速度较慢，不易于与其它器件实现集成化。基于集成波导的VOA由于具备规模化生产、低成本、稳定性好、尺寸小易于阵列化及多功能集成等优势而受到广泛关注。 基于SOI平台的硅纳米线光波导因其高折射率差而能实现超紧凑结构，同时与传统的CMOS工艺相兼容，自然成为VOA的理想实现平台。针对这一平台，人们主要提出了两大类可调光衰减器的工作原理，分别利用了硅的自由载流子吸收效应和硅的热光效应。第一种方案，是通过对硅纳米线波导进行电流注入，调制硅波导的折射率虚部，从而实现对光的可控衰减。基于该原理的设计的主要优点在于其衰减带宽平坦，响应速度能达到ns量级，通过特殊的设计，还能实现偏振不敏感特性[Jpn. J. Appl. Phys, vol. 49, pp. 04DG20-1–04DG20-5, 2010]，其缺点则是器件工艺复杂，功耗过大，尺寸也较大，即使采用硅纳米线波导代替大截面脊形波导，其尺寸也将达到1mm[Proc. IEEE/LEOS 4th Int. Conf. Group IV Photonics, Tokyo,2007, p. 116]。第二种方案，是利用硅具有较大的热光系数，通过微加热电极对其折射率实部进行调制，产生相位变化，最后通过MZI结构将相位变换转化为强度衰减。虽然基于热光原理工作的器件，其响应速度往往较慢，但其工艺简单，结构尺寸紧凑，而且通过将大截面脊形波导替换为硅纳米线波导，其响应速度可大大提高至us量级，与此同时，其功耗也将大大减小至几十毫瓦[IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 15, pp. 1366–1369, Oct. 2003]，如果通过一些特殊的设计，例如将悬挂波导与空气隔热槽相结合，功耗能降至几百微瓦的水平[Opt. Express 18, 8406 (2010)]，但此时却增加了工艺复杂度。由此可见，如能在不增加工艺复杂度的情况下，进一步扩大热光可调光衰减器的优势，将具有实际的指导意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种反射式可调光衰减器，使得在不增加工艺复杂度的前提下，整体提高传统热光可调光衰减器功能结构、尺寸和功耗的性能。

本发明包括输入波导、输出波导、输入接入波导、输出接入波导、2×2耦合器耦合区、第一传输接入波导、第二传输接入波导、第一传输波导、第二传输波导、第一反射镜接入波导、第二反射镜接入波导、第一反射镜、第二反射镜、微加热电极加热金属区和微加热电极触点金属区。

输入波导、输出波导分别与输入接入波导的一端、输出接入波导的一端相连接，输入接入波导的另一端、输出接入波导的另一端均与2×2耦合器耦合区的同一侧相连接，其中输入接入波导和输出接入波导为2×2耦合器耦合区的两个接入端；

第一传输波导和第二传输波导的一端分别与第一传输接入波导的一端、第二传输接入波导的一端相连接，第一传输接入波导的另一端、第二传输接入波导的另一端与2×2耦合器耦合区的另一侧相连接，其中第一传输接入波导和第二传输接入波导为2×2耦合器耦合区的两个接出端；第一传输波导和第二传输波导的另一端（末端）分别与第一反射镜和第二反射镜相连接；微加热电极加热金属区和两个微加热电极触点金属区相连组成微加热电极，两个微加热电极触点金属区位于微加热电极加热金属区的两端，微加热电极加热金属区位于第一传输波导的正上方，用于对第一传输波导进行加热，将外部注入的电能转化为热能，并向下传递至第一传输波导；微加热电极触点金属区与外部电源相连，以实现对微加热电极加热金属区的供电。

所述的微加热电极由细长的加热金属区与宽大的触点金属区相连组成。

所述的输入波导、输出波导、第一传输波导、第二传输波导为单模传输波导。