[发明专利]一种耦合效率可电压微调的硅微环耦合调制结构

说明书

本发明公开了一种耦合效率可电压微调的硅微环耦合调制结构，包括微环波导结构、输入端2×2的3dBMMI、输出端2×2的3dBMMI、非平衡型MZ相位调制结构；微环波导结构一端与所述输入端2×2的3dBMMI的输入端口相连，微环波导结构另一端与所述输出端2×2的3dBMMI的输出端口相连；所述的非平衡型MZ相位调制结构一端与输入端2×2的3dBMMI的输出端口连接，另一端与输出端2×2的3dBMMI的输入端口连接。本发明提出了一种新的微环耦合调制结构，基于此结构的微环调制器能够微调微环与直波导间的耦合效率，使其达到我们想要的某一特定值，且精度较高，从而在需要精确控制耦合效率的应用场景中发挥作用，该结构对于线性化的集成光子器件有着重要应用价值。

技术领域

本发明属于光电子技术领域，具体是一种耦合效率可电压微调的硅微环耦合调制结构。

背景技术

现今的光子集成领域中，微环结构在调制器、滤波器、波分复用器、光延迟器等器件中有大量的应用。微环结构在集成光子器件中发挥重要作用的原因在于微环波导与直波导间的光场耦合作用，耦合效率是个十分重要的参数。

在某些应用如微环辅助MZ调制器的线性化中，对于微环与直波导间的耦合效率有着精确的要求。例如，对于基于单微环辅助MZ调制器的线性化方案来说，耦合效率需要控制在0.928。对于一般的基于倏逝波耦合的微环结构，很难达到如此精准的耦合效率，对工艺容差要求很高，且无法调谐（Xie X , Khurgin J , Kang J , et al. Linearized Mach-Zehnder intensity modulator[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2003, 15(4):531-533.）；对于其他的基于多模干涉耦合的微环结构，也并没有对耦合效率的精准控制加以关注（Microwave frequency upconversion employing a coupling-modulatedring resonator[J]. Photonics Research, 2017, v.5(06):208-213.）。为了提高对微环耦合效率的控制能力，降低工艺容差，寻找一种可微调的耦合效率调制结构十分有必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耦合效率可电压微调的硅微环耦合调制结构。

根据传输矩阵理论分析，通过引入非平衡型MZ臂产生长度差而引入相位差，结合两2×2的3dB多模干涉耦合器，可以在无控制电压的情况下预先把耦合效率调到我们需要的值附近。再进一步，对非平衡型MZ相位调制结构加上调制电压来微调调制相位，这样就可以使耦合效率精确地到达我们所需的值。

本发明提出了一种耦合效率可电压微调的硅微环耦合调制结构，包括微环波导结构、输入端2×2的3dBMMI、输出端2×2的3dBMMI、非平衡型MZ相位调制结构；微环波导结构一端与所述输入端2×2的3dBMMI的输入端口相连，微环波导结构另一端与所述输出端2×2的3dBMMI的输出端口相连； 所述的非平衡型MZ相位调制结构一端与输入端2×2的3dBMMI的输出端口连接，另一端与输出端2×2的3dBMMI的输入端口连接。

优选的，所述非平衡型MZ相位调制器结构包括一个单模波导短臂和带有弯曲的单模波导长臂；所述输入端2×2的3dBMMI的输入端口一输入光信号，输入端口二连接微环波导结构一端，输出端口一连接所述非平衡型MZ相位调制结构的短臂，输出端口二连接所述非平衡型MZ相位调制结构的长臂；所述输出端2×2的3dBMMI的输入端口一连接所述非平衡型MZ相位调制结构的短臂，输入端口二连接所述非平衡型MZ相位调制结构的长臂，输出端口一连接微环波导结构另一端，输出端口二输出光信号。

优选的，所述微环波导结构为单模波导，所述的微环波导结构由两个二分之一圆弧波导和一段直波导构成。

优选的，结构中的波导采用脊形波导；波导材料为硅；基底的材料为二氧化硅、硅、Ⅲ-Ⅴ族材料中任一一种。