[发明专利]一种磷化铟基光学混频器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磷化铟基光学混频器及其制备方法，该混频器包括一外延片器件层，形成于一磷化铟衬底之上，用于实现混频；一二氧化硅上包层，形成于所述外延片器件层之上，用于保护外延片器件层，并提高外延片器件层稳定性；以及一金属薄膜，形成于所述二氧化硅上包层之上，用于控制偏振。其中外延片器件层包括由直波导依次连接的模斑转换器、1×2MMI、第一偏振转换器、第二偏振转换器、2×2MMI、第三偏振转换器、波导型偏振器以及4×4MMI。本发明提出的磷化铟基光学混频器具有微型化、低偏振色散、高带宽、高响应度、制备工艺与CMOS工艺兼容、以及易于制备和集成的综合性能。

技术领域

本发明属于相干光通讯领域，尤其涉及一种磷化铟基光学混频器及其制备方法。

背景技术

面对日益上涨的通信速率和带宽需求，人们逐渐把关注点放在了相干光通信上。相干光通信是在接收端使用一个本振光源对接收信号进行相干解调的一种新型通讯系统。相干光通信系统的发展大大提高了传统光学通信系统的传输速率、传输容量和传输距离，其发展的关键在于相干光接收机的应用。90°光学混频器是相干光接收机中必不可少的核心器件，对于整个相干光接收机的性能起决定性因素。光学混频器通过将输入光与满足相位匹配、偏振匹配的本振光进行光学混频在探测器端得到携带幅度、相位信息的差频信号。输出的差频信号借助数字信号处理模块最终提取出传输信息。其中光学混频器的精度决定了整个相干接收机的灵敏度。

评价90°混频器性能优良的三个重要指标是传输损耗，共模抑制比和相位误差。其中，相位误差是三者中最为关键的一项参数。目前主流的光学混频器是基于4×4多模干涉耦合器(multimode interference，MMI)完成混频的，也就意味着其输入光必须为单一偏振模式，并且目前尚且没有一款激光光源是单偏振模式输出。也就是说，目前的所有光学混频器都存在着或多或少的偏振模式色散，从而严重影响混频器的相位误差，最终导致器件性能下降，为后续的信号补偿模块增加了设计难度。

目前，在相干光通讯领域中，要想对信号光在横向电场(Transverse Electric，TE)/横向磁场(Transverse Magnetic，TM)模式分别混频，目前常用的办法就是借助独立的光学仪器(光纤偏振分束器)分离输入信号光中的两种本征偏振态(EigenstatePolarization，ESOP)，并需要分别优化设计对应连接解调不同模式的4×4MMI实现混频，增加了器件设计与工艺复杂程度、器件尺寸庞大、成本高。除此之外，受CMOS工艺加工精度的局限，无论何种偏振分束器都无法将两种本征偏振态完全分离，还进一步增加了相干光通信中混频器的偏振色散，降低混频器精度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于目前传统的用于相干光通讯的混频器尺寸大、精度低、成本高、偏振色散严重等缺点，本发明提出的一种磷化铟基光学混频器及其制备方法，以至少部分解决以上所提出的的技术问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种磷化铟基光学混频器，包括：一外延片器件层，形成于一磷化铟衬底之上，用于实现混频；一二氧化硅上包层，形成于所述外延片器件层之上，用于保护外延片器件层，并提高外延片器件层稳定性；以及一金属薄膜，形成于所述二氧化硅上包层之上，用于控制偏振。