[发明专利]可重构模式转换与多模DPSK解调的微纳器件及方法

说明书

可重构模式转换与多模DPSK解调的微纳器件及方法，涉及模分复用光通信技术领域。所述微纳器件包括光功率分配器、时延单元、可重构模式转换器和模式解复用器。多模DPSK信号经过光功率分配器均分成两路，两路信号通过时延单元调整后存在一个bit位的延时差，再送入可重构模式转换器进行模式转换，最后通过模式解复用器进行解复用，得到解调后的开关键控信号。可重构模式转换器通过相移器对转换功能进行重构，对不同相位差的输入信号实施不同的模式转换对。可实现光的多模可重构并行转换与多模DPSK并行解调，提高功能的灵活性，降低器件体积和解调器组件数量，对片上光系统的进一步集成化和多功能化具有积极意义。

技术领域

本发明涉及模分复用光通信技术领域，尤其是涉及一种可重构模式转换与多模DPSK解调的微纳器件及方法。

背景技术

信息技术飞速发展，使网络数据量呈现出爆炸式增长，这对光通信网络的带宽和容量提出更高的要求。光复用技术是提升光通信容量的一种手段，目前已发展出时分复用(TDM，Time Division Multiplexing)、波分复用(WDM,Wavelength DivisionMultiplexing)和空分复用(SDM,Space Division Multiplexing)等分支。模分复用(MDM,Mode Division Multiplexing)技术是SDM的一种实现方式，它通过将信息调制到相互正交的模式信道上，从而达到信号同步传输的目的。

近年来，基于SOI(Silicon-On-Insulator)工艺的MDM片上光学器件受到业界的广泛关注与研究。其中，基于SOI的模式转换器能够对波导中的模式进行变换，达到模式开关和模式路由等目的。虽然目前已有许多方法能够设计模式转换器，但仍然存在一些不足：一方面，用传统方法(例如Y型波导或多模干涉耦合器)设计的转换器体积较大，难以大规模集成；另一方面，一些采用反向设计或机器学习等方法生成的转换器虽然体积较小，则缺乏功能可重构的灵活性。

此外，在MDM通信系统中，基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI,Mach-ZehnderInterferometer)、环形谐振腔或相干完美吸收器等结构的DPSK(Difference Phase ShiftKeying)解调器难以对多模DPSK信号直接解调的缺点，需要先将所有模式分离并降为基模，再分别实施解调，这无疑增加解调器的组件数量和体积。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺点，提供可实现多个模式的可重构并行模式转换和多模DPSK信号的并行解调的一种可重构模式转换与多模DPSK解调的微纳器件。

本发明的另一目的在于提供可重构模式转换与多模DPSK解调的方法。

所述可重构模式转换与多模DPSK解调的微纳器件，包括光功率分配器、时延单元、可重构模式转换器和模式解复用器；

所述光功率分配器的输入端输入多模DPSK信号，光功率分配器的两个输出端分别接可重构模式转换器和时延单元的输入端，可重构模式转换器的另一输入端接时延单元的输出端，可重构模式转换器的输出端与模式解复用器的输入端相连，模式解复用器的输出端输出多模解调信号。

所述时延单元采用bit位时延线或相移器，bit位时延线用于使输入的两路信号之间产生一个bit位的延时差；相移器用于使输入的两路信号之间产生相位差。

所述可重构模式转换器采用超构材料加反向设计的方法优化设计而成，可重构模式转换器为像素块阵列超材料，包含均匀分割的若干像素块阵列，每个像素块由硅或二氧化硅填充。

所述可重构模式转换与多模DPSK解调的方法，包括以下步骤：

1)输入多模DPSK信号，经过光功率分配器分成两路信号，该两路信号与输入的多模DPSK信号模式相同、功率分别为输入信号的一半；