[发明专利]一种相变光学模数转换器

说明书

本发明属于光通信技术领域，具体为一种相变光学模数转换器。本发明相变光学模数转换器包括多模干涉仪以及覆盖在多模干涉仪的不同输出端口上不同宽度的相变材料；相变材料为具备非易失特性的相变转换材料或者为具备光吸收转变阈值的非线性材料；通过光脉冲使得波导上覆盖的晶态相变材料发生局部相变，相变材料变为部分非晶态，而晶态对光的吸收比非晶态强，因此相变后光的透射率增强；且不同宽度相变材料相变的难易程度不同，越难发生相变的通道代表更高的编码有效位。本发明的相变光学模数转换器可以减少信号在光‑电‑光域之间的转换，减少资源消耗。相对于其他光学数模转换器，相变材料的覆盖不会增加额外面积，因此规模较小，便于集成。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种相变光学模数转换器。

背景技术

目前世界上的大多数数据在光纤中传播，光纤具有高通道速率、高吞吐量的特点。然而，在功率损耗和吞吐量方面，信息网络的瓶颈在于其边缘连接和接口的限制，即数字系统或传感器的输入/输出(I/O)需要进行数模/模数转换。此外，电光/光电(EO/OE)转换通常是典型的基于数字信号处理(DSP)的高速光数据链路中最耗电的元件。

光子集成电路(PIC)已经显示出满足高数据处理能力的潜力，具有低延迟和低功耗的优点。然而，当与电子数字体系结构连接时，光子平台的性能受到与电子设备的接口的限制。这些接口通常受到带宽以及数模/模数转换器(DAC/ADC)的分辨率的限制，此外，电学和光学之间的繁琐的域交叉也是如此。

目前所有的光网络都需要在其边缘进行这些转换，如何优化这些转换以满足未来对大数据处理和低延迟数据访问的需求已经成为了一项挑战。而且，数字(模数混合)信号处理系统的最终延迟、吞吐性能和功耗都受到正在快速接近其基本物理极限的CMOS工艺的限制。因此，一种无源、可以减少光-电-光域转换的全光模数转换器对于高质量的光网络是极其重要的。

发明内容

基于以上问题，本发明的目的在于提供一种用于光网络的相变光学模数转换器，以减少信号在光-电-光域之间的转换，减少资源消耗。

本发明提供的相变光学模数转换器，是在多模干涉仪（MMI）的不同输出端口上覆盖不同宽度相变材料，来实现模数转换器。波导上覆盖相变材料无需考虑面积的增加，也不会引入额外功率；通过光脉冲使得波导上覆盖的晶态相变材料发生局部相变。

本发明中，所述相变材料，可以用具备非易失特性的相变转换材料，同时伴随吸收系数的变化，例如为GST（具体是Ge₂Sb₂Te₅）、Te等；或者用其他具备光吸收转变阈值的非线性材料；

所述相变材料可通过PVD、PECVD、ALD、热蒸发等方法沉积在波导上。

本发明中，所述相变材料上覆盖有保护层，保护层材料选自ITO、SiO₂、Al₂O₃、HfO₂等。可以采用PVD、PECVD、ALD等方法在相变材料上沉积保护层。

由于通过光脉冲使得波导上覆盖的晶态相变材料发生局部相变，所述相变材料变为部分非晶态，而晶态对光的吸收比非晶态强，因此相变后光的透射率增强。且不同宽度相变材料相变的难易程度不同，越难发生相变的通道代表了更高的编码有效位。

例如，对于一个2bit相变模数转换器，需要至少3通道的输出，把三个通道都未相变的状态编码为00，最容易相变的通道发生相变的状态编码为01，次容易相变的通道发生相变的状态编码为10，最难相变的通道发生相变的状态编码为11。

本发明还提供一种便于集成的用于光网络中的相变光学模数转换器，通过采用多个多模干涉仪（例如1x2MMI）级联，达到集成的效果。具体地，级联的多模干涉仪的不同输出端口上覆盖不同宽度相变材料，来实现模数转换器。

其中，1x2MMI的参数可参考流片厂家所提供的pdk。