[发明专利]InP基波分‑模分复用少模光通信光子集成发射芯片

说明书

技术领域

本申请涉及少模光通信技术领域，特别涉及一种InP基波分-模分复用少模光通信光子集成发射芯片，主要应用于长距离干线的少模光纤通信系统中。

背景技术

随着光纤通信技术的发展，对于传输容量的要求越来越高，在过去的大约十年中，传输容量的需求增加了100倍，使得目前的光通信传输技术面临着一个巨大的挑战。由于香农极限的限制，目前基于单模传输的通信网络的极限在100Tb/s，这一传输容量极限也得到了实验的证实。按照目前对光通信传输容量增长的需求，大约到2020年单模光纤传输系统将面临着容量危机。目前的复用技术已经使用了光的时间、幅度、频率、相位、偏振等几个维度来提高单模光纤的传输容量和频谱效率，要想对传输容量进一步提升需要寻找新的参数维度。光纤中的空间维度，包括多个模式、多芯光纤等是目前尚未被利用的维度参数。如果对光纤的空间维度加以有效的利用，那对于光纤的传输容量来讲将是一个数量级的提升。对于一根光纤中传输多个模式的研究早已证实多模光纤会受到传输距离等各项因素的限制，如果只是利用其中少数模式(例如6到7个模式)进行传输，则可以避开其受传输距离的困扰。

少模光通信技术不但增加了传输容量，并且不同的信道属于不同的模式，因此在相同的传输容量下其非线性效应较小。另外，传输光纤的集成化，为有源器件的集成创造了条件，并且也降低的了能量的损耗。

在少模光通信技术中，实现波分复用与模分复用技术结合，将会成倍提升通信容量。本申请通过对不同波长的光源利用多模干涉耦合器分束后分别调制，再利用多模干涉耦合器实现模式转换和模式复用功能，最后利用多模干涉耦合器实现不同波长、不同模式的双重复用，最终得到InP基波分-模分复用少模光通信光子集成发射芯片。

发明内容

本发明提出了一种InP基波分-模分复用少模光通信光子集成发射芯片，其主要应用于少模光通信系统的发射端。本发明首次提出了使用MMI作为多波长多模耦合器，同时实现波分复用和模分复用功能。此发明将波分复用与模分复用技术结合起来，能进一步提升光纤传输容量。

本发明提出的一种InP基波分-模分复用少模光通信光子集成发射芯片，主要包含五个部分：

1)多个波长不同并可以产生基模信号的单纵模半导体激光器；

2)多个用于实现分束的MMI；

3)多个可以对基模信号进行调制的调制器结构；

4)多个用于实现模式转换的MMI；

5)多个用于实现不同波长、不同模式信号合束的MMI。

上文1)到5)中的多个是指两个或者两个以上。各个器件之间使用直波导或者弯曲波导相连接。

本发明中的半导体激光器可以为DFB激光器也可以为DBR激光器。

本发明的核心内容在于设计一种可以实现多波长、多模式合束的MMI，使不同波长的基模与一阶模的混合模式同时从MMI不同端口输入后，从同一端口输出。在本发明之前，曾有单波长无源模式转换-复用器的报道，但是对于多波长多模式同时复用的技术在此之前还未曾有人提出。多波长、多模复用的MMI结构设计与传统单模合束用MMI的不同点在于需对MMI输入输出波导的位置与宽度以及多模干涉区的长度做特殊设计，即其输入输出波导的位置与多模干涉区的长度需满足高阶模形成的自镜像条件，输入输出波导的宽度需支持所需的高阶模式。

本发明中的调制器结构为电吸收调制器或者马赫曾德调制器。

本发明中所述的InP基波分-模分复用少模光通信光子集成发射芯片，其中的模式转换、模式复用以及多波长多模耦合都是利用对波长不敏感的多模干涉耦合器来实现。由于多模干涉耦合器具有较大的设计和工艺容差，较大的光学带宽，偏振不敏感以及尺寸较小等优良特性，使得本发明具有较大的应用前景。

本发明中所述的InP基波分-模分复用少模光通信光子集成发射芯片，利用MMI将波分复用与模分复用技术相结合，成倍的提高了光纤传输容量，在下一代光通信系统中具有极大的优势。

附图说明

为详细说明本发明的各项具体技术特征，特附以下示意图，对本发明的各部分结构进行详细说明，其中：

图1为InP基波分-模分复用少模光通信光子集成发射芯片整体示意图；

图2为实现功率分配功能的多模干涉耦合器示意图；

图3为实现模式转换和模式复用功能的多模干涉耦合器示意图；

图4为实现多波长多模耦合功能的多模干涉耦合器示意图；

图5为3×1多波长多模干涉耦合器的仿真示意图；

图6为有源区多量子阱示意图；