[发明专利]一种微腔耦合多模干涉仪的硅基电光调制器

说明书

技术领域

本发明涉及集成光子学，特别是一种微腔耦合多模干涉仪的硅基电光调制器，利用一路耦合谐振光与另一路非谐振光在多模干涉仪中进行干涉，在输出端口获得非对称谐振频谱，通过调制微型谐振腔，可以实现高线性度的强度调制。

背景技术

随着现代社会对信息量的获取不断激增，人们对于高速率、大容量的通信网络提出了迫切需求，光纤通信凭借其高带宽、高保密性，已经成为世界上最主流的通信方式。然而在短距离通信方面，鉴于芯片尺寸越做越小，片上处理功能越来越强，信息处理速度越来越快，传统的电互连系统面临着传输带宽有限、寄生效应加剧等一系列问题，已无法负荷未来通信网络的传输重任，而光互连因其低延迟、低功耗、低串扰、大带宽等优势，成为了替代金属电互连的最佳解决方案。

光调制器作为光互联系统的核心器件之一，能利用不同光载波信号对信息进行实时选择处理，调制原理承袭传统电通信技术，简单易实现，成为了广大科研人员的研究热点，国内外高校、企业、研究所都相继开展高速率、大带宽、高消光比、低功耗、易集成及低成本的光调制器相关项目，并取得了丰硕的研究成果。近年来，硅基光子器件因具有极强的光场限制能力，以及低廉的制造成本及高性能的光电子集成特性，与CMOS工艺兼容，成为了光电子领域最热门的研究方向之一。

二进制相移键控调制(BinaryPhaseShiftKeying，BPSK)作为高阶调制码型的基本调制方式被广泛研究。日前，哥伦比亚大学的QiLi等人在IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS杂志上报道研制出了具有48Gb/s的超高速硅基行波调制器，在此之前文献报道的硅光调制器最高速率也仅只有25Gb/s。为实现更高速率的信号传输，以满足日益增长的生产生活需求，越来越多的新型高阶调制码型诸如正交相移键控(QuadraturePhaseShiftKeying，QPSK)、脉冲振幅调制(PulseAmplitudeModulation，PAM)、正交振幅调制(QuadratureAmplitudeModulation，QAM)被引入硅基光调制器中。

为实现更有效的高阶硅基电光调制器，要求调制器具有高线性度，而硅材料本身没有类似铌酸锂(LiNbO₃)材料的线性电光效应，当前实现线性硅基电光调制器的方式大都基于微环耦合马赫-曾德尔结构(RAMZI)。

发明内容

本发明是基于现有的光子学理论和成熟的制备工艺基础，针对上述问题和现有技术的不足，提出一种微腔耦合多模干涉仪的硅基电光调制器，该硅基电光调制器利用一路耦合谐振光与另一路非谐振背景光在多模干涉仪中进行干涉，通过调制微型谐振腔，可以实现高线性度的强度调制，相比微环耦合马赫-曾德尔结构(RAMZI)，该结构更为简单紧凑，有利于减小器件尺寸，实现高密度集成。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种微腔耦合多模干涉仪的硅基电光调制器，特点在于其构成包括多模干涉仪和腔长可调的微型谐振腔，所述的微型谐振腔置于所述的多模干涉仪的一侧并与多模干涉仪的形成耦合结构，所述的多模干涉仪的两个输入端口和两个输出端口相对该多模干涉仪中轴线对称放置。

所述的微型谐振腔为圆形微型谐振腔、跑道型微型谐振腔、微盘谐振腔、光子晶体谐振腔、光栅或者法布里-珀罗谐振腔。

所述的微型谐振腔为圆形微型谐振腔或跑道型微型谐振腔，构成自下而上依次是环形的衬底层、下包层、波导层、上包层和电极层，所述的波导层由中间的凸型脊波导和两侧的平板型重掺杂区构成，所述的上包层有两个分立的通孔，该通孔内为高导电性金属材料；所述的电极层为分立的两个环形金属电极，该两个环形金属电极经所述的通孔与所述的两侧的平板型重掺杂区相连，所述的金属电极与外部的电信号源相连。

本发明一种微腔耦合多模干涉仪的硅基电光调制器工作时，激光器输出连续光，从本发明硅基电光调制器的多模干涉仪的输入端口输入至所述的多模干涉仪的宽波导，在宽波导中激发出两个模式，其中一个模式不能与旁侧的微型谐振腔发生耦合，称为非谐振光，而另一个模式能与微谐振腔耦合，称之为谐振光。该谐振光经所述的微型谐振腔后又耦合回所述的多模干涉仪中，当所述的谐振光和非谐振光在多模波导中干涉，在输出端口O₃或O₄输出高线性的非对称透过频谱。通过调制微型谐振腔，可以实现高线性度的强度调制，为模拟信号调制和高阶码型调制奠定基础。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：