[发明专利]片上集成光学互易二极管及光通讯设备

说明书

本公开实施例提供一种片上集成光学互易二极管及光通讯设备。片上集成光学互易二极管包括：第一硅波导，包括第一端口和第二端口；光栅硅波导，被配置为接收由所述第一硅波导输入的光信号，包括沿垂直于所述第二端口的方向依次等间隔排列的多个硅单元；第二硅波导，与所述光栅硅波导耦合连接且延伸方向平行于所述多个硅单元的排列方向，包括靠近所述第一硅波导的第三端口和远离所述第一硅波导的第四端口；其中，所述第一端口和所述第四端口中，其中一个为片上集成光学互易二极管的输入端口，另一个为片上集成光学互易二极管的输出端口。

技术领域

本公开涉及光通讯技术领域，特别涉及一种片上集成光学互易二极管及光通讯设备。

背景技术

片上非对称光传输技术主要由两种器件来实现，分别是光隔离器和全光互易二极管。光隔离器可以单方向传输全部模式的光，同时遏制反方向传输全部模式的光。光隔离器需要基于磁光效应材料和非线性效应来打破洛伦兹对称性(Lorentz symmetry)，即其散射矩阵是非对称的。因此，光隔离器需要附加的磁场环境和能源条件，这跟现有传统成熟的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺不能相互兼容，非常不利于片上高度集成的目标。为了规避此缺点，提出了基于线性无源结构的片上集成光学互易二极管。

如何提高片上集成光学互易二极管的单向传输对比度，减少器件的尺寸，是目前亟待解决的技术问题。这里，单向传输对比度用于评价片上集成光学互易二极管的单向传输特性，单向传输对比度越大，可以认为片上集成光学互易二极管的单向传输性能越好。

发明内容

本公开实施例提供一种片上集成光学互易二极管及光通讯设备，以提高片上集成光学互易二极管的单向传输对比度，减少器件的尺寸。

根据本公开实施例的一个方面，提供一种片上集成光学互易二极管，包括：第一硅波导，包括第一端口和第二端口；光栅硅波导，被配置为接收由所述第一硅波导输入的光信号，包括沿垂直于所述第二端口的方向依次等间隔排列的多个硅单元；第二硅波导，与所述光栅硅波导耦合连接且延伸方向平行于所述多个硅单元的排列方向，包括靠近所述第一硅波导的第三端口和远离所述第一硅波导的第四端口；其中，所述第一端口和所述第四端口中，其中一个为片上集成光学互易二极管的输入端口，另一个为片上集成光学互易二极管的输出端口。

在一些实施例中，上述片上集成光学互易二极管还包括插入所述光栅硅波导并与至少一个硅单元一体连接的、呈楔形的过渡硅波导，所述过渡硅波导的大端与所述第二端口一体连接。

在一些实施例中，沿所述多个硅单元的排列方向，与所述过渡硅波导一体连接的硅单元的宽度依次增加，未与所述过渡硅波导一体连接的硅单元的尺寸相同；所述第二端口、所述过渡硅波导的大端以及与所述过渡硅波导的大端连接的硅单元的截面具有相同的尺寸。

在一些实施例中，所述第一硅波导为S型硅波导。

在一些实施例中，沿所述多个硅单元的排列方向，每个硅单元的长度范围为110纳米至310纳米，和/或，所述过渡硅波导的长度为1微米至5微米。

在一些实施例中，垂直于多个所述硅单元的排列方向，每个硅单元的宽度为730纳米至930纳米；和/或，所述多个硅单元中的任意两个相邻硅单元之间的间隔为40纳米至140纳米。

在一些实施例中，所述第二硅波导为矩形波导，该矩形波导的宽边尺寸为0.5微米至3微米。

在一些实施例中，未与所述过渡硅波导一体连接的硅单元与所述第二硅波导之间的距离为100纳米至200纳米。

在一些实施例中，上述片上集成光学互易二极管还包括硅衬底；位于硅衬底一侧的二氧化硅层，第一硅波导、光栅硅波导和第二硅波导同层设置在二氧化硅层远离硅衬底的一侧；以及封装层，覆盖第一硅波导、光栅硅波导和第二硅波导。