[发明专利]WDM接收器及其操作方法

说明书

一种波分复用（WDM）接收器，包括：输入波导；以及连接到输入波导的解复用器。解复用器被配置为：将从输入波导接收的信号解复用为多个分离信号，分离信号中的一个或多个具有多个光学模式，以及将多个分离信号中的每个输出到相应输出波导中，该输出波导连接到解复用器的相应输出端口。被配置为承载具有多个光学模式的分离信号中的一个的至少一个输出波导被连接到相应的模式旋转器，该模式旋转器或者每个模式旋转器被配置为旋转在其中接收的相应分离信号的多个光学模式。该模式旋转器或者每个模式旋转器连接到相应波导光电二极管，该相应波导光电二极管被配置为根据从相应模式旋转器接收的分离信号生成光电流。

本发明涉及WDM接收器及其操作方法。

支持波分复用（WDM）的光接收器包含波长解复用器（DeMux）和一系列检测器以将每个波长信号转换成电信号。典型的波长解复用器基于阵列波导光栅（AWG）、中阶梯光栅、成角度的多模干涉（MMI）波导、和/或马赫-曾德尔干涉仪，并且通常设计成具有单模波导。

这种接收器中的检测器通常是光电二极管（PD），并且可以被植入为表面照明器件或波导器件。对于较高速度的应用，波导光电二极管是优选的，因为它们提供比表面照明器件低的电容。此外，对于其中来自解复用器的光已经在波导中的集成接收器，波导光电二极管是更常见的解决方案。当在硅中实施时，波导光电二极管通常具有水平的p-i-n结，通过水平意味着p和n掺杂层是竖直的并且沿结的侧壁向上延伸。

在一些具有宽信道间隔和宽信道宽度的应用中，像粗波分复用（CWDM）一样，存在对宽/平坦的通带的需求，因为输出信道需要在任何给定信道内的低插入损耗，但需要来自相邻信道的高抑制（并且因此需要低串扰）。对此已经提出了若干方法，诸如双高斯滤波，或者在到解复用器的输入处的MZI的跟踪。然而，这些增加了插入损耗、具有高复杂性、和较低的制造产量。

使用表面照明光电二极管的先前实施方式针对解复用器的输出波导中的每个已经使用了多模（MM）波导。这适用于解复用器，该解复用器基于在波长改变时扫描跨输出波导的射束（例如AWG、中阶梯、成角度的MMI），从而导致波长相关的、到输出波导的耦合效率。当将输出波导从单模（SM）改变为MM时，波导更宽，并且因此移动光斑将耦合到用于更大的波长范围的MM波导，其具有更平坦的耦合效率，但是在光斑穿过波导的边缘时仍将具有急剧的抑制下降。

那些具有MM输出波导的解复用器良好地工作，只要在解复用器之后的所有光学电路在任何时间执行对在波导中传播的多模的要求。例如，通过实施通常具有足够宽的有源区域以吸收所有光学模式的表面照明光电二极管。

作为利用水平方向上的波长扫描来扫描光斑的多路复用器，所产生的高阶模式称为水平高阶模式。这些可以在水平轴（相对于光子集成电路（PIC）在平面内）上具有多个峰，而在竖直轴（垂直于PIC）上是单峰的。

对于具有水平结的波导光电二极管，由于在边缘处存在薄层掺杂以产生p-i-n结，波导的水平边缘经历较大的光学损耗。该损耗不产生任何可用的光电流。由于高阶模式在波导边缘附近具有其功率的较大部分，所以它们将生成较少的光电流，并且因此光电二极管将具有强烈依赖于波长的响应度分布。这否定了由MM波导提供的波长响应的平坦化的益处。

因此，最好的基于硅的光电二极管（例如，具有水平结的波导）在由具有一个或多个MM输出波导的解复用器提供的平坦波长响应的情况下不能良好地工作。光电二极管将需要重新设计，并且这将导致性能的损耗。

因此，在第一方面，本发明的实施例提供波分复用（WDM）接收器，其包括：

输入波导；

解复用器，其连接到输入波导，并且被配置为：

将从输入波导接收的信号解复用（demultiplex）成多个分离的信号，分离的信号中的一个或多个具有多个光学模式，并且

将多个分离信号中的每个输出到相应的输出波导中，所述输出波导连接到解复用器的相应输出端口；