[发明专利]一种集成复用和调制功能的硅光发射机芯片结构

说明书

本发明提供了一种集成复用和调制功能的硅光发射机芯片结构，其包括参数相同的两微环波导，每一微环波导下方设有一输入波导，两微环波导上方设有总输出波导，通过设置每一输入波导和总输出波导与一微环波导之间的间隙及各波导的截面宽度在一微环波导上、下方分别形成复用区和耦合区，耦合区将基模信号耦合到微环波导内，并通过对微环波导进行掺杂实现载流子色散效应以此进行电光调制，通过设计总输出波导截面宽度将两调制信号分别转换为基模调制信号和一阶模调制信号并复用到总输出直波导内，并通过总输出直波导上的解复用区进行解复用。本发明通过将硅光发射机的复用部分与调制部分集成在同一器件上，减小硅光发射机的整体尺寸，提高集成度。

技术领域

本发明涉及光学复用及调制技术领域，尤其涉及一种集成复用和调制功能的硅光发射机芯片结构。

背景技术

随着互联网技术的迅速发展，光纤通信网络面临着业务流量爆炸式增长所带来的的巨大压力，超高速、超大容量和动态灵活成为光传输技术未来的发展趋势，这就对光器件的带宽、尺寸、集成度、功耗和成本等提出了更加苛刻的要求。

传统的硅光发射机常采用波分复用并结合单独的调制器进行设计，以便提高通信容量带宽，然而波分复用需要多个激光源同时提供多个波长信号，这在一定程度上增加了尺寸占用，同时也加大了制造成本；更重要的是对于传统的硅光发射机来说，其采用的是将复用和调制两功能分开独立设计，这在一定程度上扩大了所需要占用的空间，不利于发射机整体结构的集成化。

发明内容

有鉴于此，本发明基于模分复用的优势，利用单个激光源完成光信号的提供，同时结合微环谐振器的设计原理，将复用和调制两功能集成在同一结构的硅光发射机上，本实施例提供了一种集成复用和调制功能的硅光发射机芯片结构。

本发明的实施例提供的一种集成复用和调制功能的硅光发射机芯片结构，包括：

用于传递由外部信号源发出的相同两基模信号的输入波导；

两微环波导，每一所述微环波导与一所述输入波导之间间隔220nm形成一耦合区，两所述耦合区用于分别将两所述输入波导上的基模信号耦合到相对应的所述微环波导上，每一所述微环波导内部沿环心设有面积占比为76％的掺杂区，所述掺杂区用于调制所述微环波导内的基模信号；

总输出波导，其分别与每一所述微环波导之间间隔280nm形成一复用区，所述总输出波导在每一复用区内的部分截面宽度不同，用以将两所述微环波导内已经调制的基模信号分别转换为基模调制信号和一阶模调制信号，并复用到所述总输出波导上；

以及一阶模输出波导和基模输出波导，其中所述一阶模输出波导连接所述总输出波导末端、所述基模输出波导首端位于所述总输出波导末端下方且耦合间隙为200nm，所述一阶模输出波导、所述基模输出波导和所述总输出波导形成解复用区。

进一步地，每一所述微环波导半径均为12μm，截面宽度均为500nm，刻蚀深度均为130nm。

进一步地，每一所述输入波导的截面宽度均为500nm。

进一步地，所述总输出波导在两所述复用区内的部分长度均为70μm，所述总输出波导在一所述复用区内的部分截面宽度与所述微环波导截面宽度相同，均为500nm，用以将一所述微环波导上已经调制的基模信号直接复用到所述总输出波导上；在另一所述复用区内的部分截面宽度为1100nm，用以将调制后的基模信号转换为一阶模调制信号并复用到所述总输出波导上；所述总输出波导在两所述复用区之间的部分是长度为200μm的taper。

进一步地，所述一阶模输出波导和所述基模输出波导在解复用区内的部分，长度均为200μm，且所述一阶模输出波导部分为从左至右截面宽度由820nm渐变到570nm的taper、所述基模输出波导部分为从左至右截面宽度由200nm渐变到450nm的taper。