[发明专利]一种硅基光调制器光路监控结构

说明书

本发明涉及光通信技术领域，尤其是涉及一种硅基光调制器光路监控结构，包括一个或多个光探头，每个光探头后端连接一个监控探测器；所述光路监控结构与光调制器集成，所述光调制器包括合束器，所述一个或多个光探头分别与所述合束器的输出波导耦合；其中，当所述合束器的两端输入光为反相输入时，干涉相消，所述一个或多个光探头接收干涉后的散射光，并探测光功率，所述监控探测器将对应探头探测到的光功率转换成光电流。本发明在不额外增加工艺难度的条件下，利用光探头和监控探测器接收干涉后的散射光来实现光路监控，输出反相时无相位偏移，可克服偏置点锁定偏差的问题，并有效降低分光器带来的传输损耗。

【技术领域】

本发明涉及光通信技术领域，尤其是涉及一种硅基光调制器光路监控结构。

【背景技术】

硅光子技术是基于硅材料，利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代技术，在光通信、数据中心、超级计算、生物、国防、AR/VR技术、智能汽车与无人机等许多领域将扮演极其关键的角色。当前硅光子技术日渐成熟，其高集成度、小尺寸、低功耗、光电集成等优点备受瞩目，未来硅光子技术将有可能会替代当前的自由空间耦合技术，并且硅光子技术具有解决长远的技术演进(高速率、高集成度)和成本矛盾的能力。

硅光子芯片可以集成高速率调制器、传输波导、耦合器、高速率Ge-Si探测器等，将无源芯片和有源芯片实现了单片集成。但是，硅光产品目前仍有技术瓶颈：1)硅光波导耦合损耗较大；2)硅材料温度敏感，对功率和温控有更高要求；3)硅光需要混合集成激光器，封装良率较低成本优势有限。如何降低硅光芯片的传输损耗，优化发射端出光功率是硅光产业化面临的一个重要的研究课题，通常的方式是增大激光器出光功率来提高发射功率，但是容易引起器件功耗增大、提高芯片工艺难度等问题；另外一个方式是，优化硅光调制器芯片本身的损耗，其损耗主要包括：光耦合损耗、光传输损耗、光电调制吸收损耗。

在光调制器中，光监控端口或MPD的功能主要有两个：①光功率值监控；②光调制器工作点反馈调节与锁定。如图1所示，在常规的硅基单马赫-曾德尔干涉仪(Mach–ZehnderInterferometer，简写为MZI)调制器中，调制器部分主要包括1x2MMI合束器001、硅波导002、热相移器004和有源掺杂区005，光路监控部分主要包括第一监控探测器007。其中，光路监控方式通常有两种：

在图1(a)中，光路监控部分还包括2x2MMI光耦合器003(MMI为多模干涉)，主要利用2x2MMI光耦合器003两个输出端反相，在所述2x2MMI光耦合器003干涉相消时，光功率监控值最大；所述2x2MMI光耦合器003干涉相长时，光功率监控值最小。此时，光监控端和光输出端相位差理论上为180°，但在所述2x2MMI光耦合器003的实际加工中，由于工艺误差会不可避免地引起相位偏移，即相位误差，如图2所示，相位误差而且，相位偏移是随机的，无法通过算法补偿来消除，导致利用光监控端来做工作点调节反馈时，不是最佳工作点，会影响强度调制器的误码率(BER)或相位调制器的光信噪比(OSNR)。

在图1(b)中，光路监控部分还包括分光比例为95:5的分光耦合器006，主要利用所述分光耦合器006实现监控分光，其中，光输出端口为95％的比例，光监控端口为5％的比例。此种监控方式在整个O波段或C波段内，其波长相关性大于1dB，光监控端口分光比例由于工艺误差会在4％～6％波动，同时会在单个MZI调制器的光输出端口引入大于0.25dB的额外传输损耗。传输损耗的引入尤其在多级MZI调制器结构中明显，如偏振复用正交相位调制器(DP-IQ)中采用4级MZI结构，若采用95:5的分光耦合器结构将额外增加光输出端口约1dB的额外传输损耗。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明需要解决的技术问题是：

在传统的调制器光路监控结构中，通常采用2x2MMI光耦合器或分光耦合器来实现光路监控，输出反相时容易引入相位误差，导致偏置点锁定偏差的问题，还可能会带来额外的传输损耗。