[发明专利]可调相干探测器结构

说明书

技术领域

 本发明涉及一种通信用光电子器件，特别是涉及一种无交叉地实现信号解调、具有更大的容差和工作带宽的可调相干探测器结构。

背景技术

近年来，100Gbit/s的相干光纤通信系统被广泛研究，集成相干接收机是高速相干通信系统的关键器件之一，它包含了偏振分束器、90度光混合器、平衡探测器及跨阻放大器等基本组件。在这些组件中，90度光混合器按实现形式可分为自由空间型、光纤型和波导型三大类。其中自由空间型和光纤型已有商用化的分离器件，但这些分离器件体积都太大，不适合与平衡探测器等其它组件集成。波导型的光混合器可以在二氧化硅、磷化铟、铌酸锂和聚合物等多种材料上实现，具有体积小、成本低、适合集成等优点，目前正被大量研究。

在波导上实现90度光混合器的结构主要有两种，一种结构如图1所示，它是由四个3dB耦合器组成的光子网络，中间由单模波导连接，其中一个支路上有一个90度相移器。当信号光进入到其中一个输入端口后，经过两次分束，在输出端口变成四路强度相同的信号光，由于这四路光走过的路径不同，所以在输出端口具有不同的相位。同理，本振光进入到另一个输入端口后，也将被分成四路，在输出端口具有相同的强度和不同的相位。这四路本振光和信号光相干，在输出端口会表现出不同的强度分布，即将相位信息转换为强度信息，最后通过平衡探测器进行光电转换，得到解调后的电信号。

另一种结构如图2所示，由一个4×4多模相干耦合器和输入输出波导构成。它的工作原理是多模波导的自成像效应，当光进入到任意一个输入端口时，会在输出端口成四个强度相等但相位不同的像。如果信号光和本振光非对称地输入到4×4多模相干耦合器，在输出端将得到解调后的光信号，最后再经平衡探测器转换为电信号。

这两种结构有一个共同的缺点，即信号都需要交叉，而交叉会带来串扰和损耗，需要在交叉处进行特别的工艺处理。在2010年，日本的富士通提出了一种如图3所示的90度光混合器新结构。它由一个2×4多模相干耦合器和一个2×2耦合器组成，中间由两根单模波导连接。其中一根为普通波导，另一根为蝶形波导，以形成一定的相位差。这种结构能避免交叉，方便与平衡探测器集成。但也存在如下缺点：

1．蝶形波导所引入的相位只能保证对某一个波长非常精确，对其它波长的会有偏差，而90度光混合器本身是一个宽带器件，因此蝶形波导会限制其工作带宽。

2．蝶形波导本身会引入一定的损耗。

3．蝶形波导比多模相干耦合器的制作容差更小，对工艺要求非常高，不适合大批量生产。

因此如何避免使用蝶形波导，而又能同时实现无交叉的信号解调，为本发明亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种可以无交叉地实现信号解调，且具有更大的容差和工作带宽的可调相干探测器结构。

为达到上述目的，本发明提供一种可调相干探测器结构，其包括有两根输入波导、用以解调出两对同步信号的一个2×4多模相干耦合器、用以造成局部折射率变化的一个可调电极、用以将同步信号转变为正交信号的一个2×2多模相干耦合器、四根输出波导和两对平衡探测器；其中，该2×4多模相干耦合器的输出端与2×2多模相干耦合器的输入端直接相连，该可调电极位于2×4多模相干耦合器与2×2多模相干耦合器连接处的上方；该两根输入波导连接于该2×4多模相干耦合器的输入端，并相对于该输入端中间处对称地分布；其中两根输出波导连接于2×4多模相干耦合器的输出端，另外两根输出波导连接于2×2多模相干耦合器的输出端；该两对平衡探测器与四根输出波导对准。

所述2×4多模相干耦合器基于成对干涉，该两根输入波导分别距离所述2×4多模相干耦合器的输入端的两个缘边1/3处。

所述2×4多模相干耦合器基于一般干涉，该两根输入波导分别距离所述2×4多模相干耦合器的输入端的两个缘边1/4或1/8处。

所述可调电极的宽度为所述2×4多模相干耦合器宽度的1/4。

所述可调电极为热电极，所述可调电极位于所述2×4多模相干耦合器的边缘。

所述可调电极为注入式电极，所述可调电极位于所述2×4多模相干耦合器的中间。

所述2×2多模相干耦合器是基于成对干涉或一般干涉。

连接于所述2×4多模相干耦合器的两根输出波导与另外两根输出波导长度不一致，用以调节输出光信号的光程，使光信号同时到达两对平衡探测器。

本发明的可调相干探测器结构可达到如下技术效果：