[发明专利]一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片

说明书

本发明公开了一种基于单片集成的双偏振模式复用‑解复用芯片。每个偏振合束器的两个输入端分别与各自输入单模波导连接，输出端与模斑转换器的输入端连接，模斑转换器的输出端与连接波导的一端连接，连接波导的另一端则经模式复用器与输出多模波导连接；作为复用器，光信号从输入单模波导输入并从输出多模波导输出；作为解复用器，光信号从输出多模波导输入并从输入单模波导输出。本发明能将多路信号分别加载至同一多模波导中的N个本征模上，形成模式复用，同时结合偏振复用技术，扩大传输容量，具有便于与片上光互联系统连接，与少模光纤相耦合等突出优点。

技术领域

本发明涉及复用-解复用器，特别是涉及一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片。

背景技术

众所周知，长距离光通信已经取得巨大成功。同样地，光互联作为一种新的互联方式，可克服传统电互联存在的瓶颈问题，引起了广泛关注。当前光互联不断向超短距离互联推进，其通信容量需求日益增长。针对光互联系统数据传输量大的特点，最直接的方法是借用长距离光纤通信系统中常用的波分复用（WDM）技术。

然而，波分复用系统需要多路激光器或可调谐激光器等价格昂贵的元件或模块，因而成本很高，很大程度上将限制它在光互联系统中的广泛应用。因此，急需发展新的复用技术，从而降低波分复用系统的成本。模式复用技术在多模光纤通信中很早就被提出，但由于光纤模式控制（如转化、激发）技术难题使之进展缓慢。最近，人们提出采用少模光纤技术，可将通信容量提升数倍，并有效克服模间串扰，因而成为当前的研究热点。对于基于少模光纤的模式复用系统，其核心器件是模式（解）复用器，用于实现各阶模式的合/分。文献【Daoxin Dai,Jian Wang,and Yaocheng Shi,“Silicon mode (de)multiplexer enablinghigh capacity photonic networks-on-chip with a single-wavelength-carrierlight,”Opt.Let.38,1422-1424,2013】给出了一种基于级联非对称定向耦合器的多通道集成光波导模式复用-解复用器，易于扩展，可实现多通道。在此基础上，文献【Jian Wang,Sailing He,and Daoxin Dai,“On-chip silicon 8-channel hybrid (de)multiplexerenabling simultaneous mode- and polarization-division-multiplexing.”LaserPhotonics Reviews.8(2):L18-L22,2014】给出了一种实现双偏振模式复用器，可实现两组正交偏振态的基模及高阶模的合/分。然而这种设计要求非对称定向耦合器具有显著的偏振敏感性，通常需采用超高折射率差光波导方可实现，因此比较适合于片上光互联系统，但与少模光纤耦合则存在一定困难。文献【Nobutomo Hanzawa等,“Two-mode PLC-based modemulti/demultiplexer for mode and wavelength division multiplexedtransmission.”Opt. Express.21(22): 25752–25760,2013】给出了一种基于SiO₂光波导的非对称定向耦合器，可实现与少模光纤的耦合，但存在偏振不敏感特性，很难实现偏振复用，且SiO₂波导尺寸较大不适合于片上光互联系统。因此，现有技术缺少一种既适合于片上光互联系统又便于与少模光纤耦合连接的多通道集成光波导双偏振模式复用-解复用器。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片，能将多路信号分别加载至同一多模波导中的N个本征模上，形成模式复用，同时结合偏振复用技术，扩大传输容量，便于与片上光互联系统连接，与少模光纤相耦合。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：