【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光通信领域，特别是涉及一种多通道硅基波分复用90度光混频芯片。
技术介绍
1、随着视频流、人工智能和数据云服务应用带来的数据流量大幅增加，骨干网络设备势必要支持更高速率、更大带宽的长距离传输。近年来相干光通信技术受到广泛关注，与传统通信传输系统相比，相干光通信系统具有更高的频谱效率和接收器灵敏度，成为了解决数据传输瓶颈的关键技术。90度光混频器作为相干光通信系统的重要组件，已经广泛部署在使用正交相移键控(qpsk)和正交幅度调制(qam)等调制方式的长途相干光通信网络中。光复用技术是指通过在光纤传输系统中同时传输不同维度信号来提高数据传输容量和效率的技术，包括偏振、模式、波长等维度。光复用技术引入相干光通信网络，可以使传输的光信号容量扩大数倍，进一步提升数据传输效率。
2、在相干光通信接收系统中，信号光与本振光通过90度光混频器进行90度混频，输出同相信号和正交信号。同相信号和正交信号分别经过平衡光电检测器进行光电转换并进行差分放大，再利用模数转换器(adc)进行采样和量化处理，最后由数字信号处理器(dsp)处理取样量化后的离散数字序列，从而实现信号检测与电信号放大功能。
3、目前广泛应用的光复用方式包括偏分复用，模分复用和波分复用等。在偏分复用相干接收系统中，光信号通过偏振分束器分为两个相互正交的偏振光信号，两路偏振光信号分别与本振光进行混频，使传输的光信号容量扩大一倍。模分复用相干接收系统是指利用模分解复用器分离出信号光中不同的模式，再将不同模式的信号光与本振光进行90度光混频，其传输容
技术实现思路
1、为了解决上述问题并进一步提升信息传输容量，本专利技术提供了一种多通道波分复用90度光混频芯片，通过热调谐，既能降低90度光混频器输出的同相信号与正交信号之间的相位不均衡度，又能调节awg输出通道的中心波长以适应不同wdm系统需求。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种硅基波分复用90度光混频芯，包括信号光输入波导、本振光输入波导、一个90度光混频器、四个阵列波导光栅和输出波导，其中90度光混频器和四个awg均设有加热电极。信号光和本振光在90度光混频器中进行相干混频，形成两路同相信号和两路正交信号，其中90度光混频器的两路同相信号输出端分别与awg1和awg4的输入端相连，两路正交信号输出端分别与awg2和awg3的输入端相连，四个awg的输出波导与光纤阵列进行耦合输出。
4、可选地，所述90度光混频器包括信号光输入波导、本振光输入波导、顶部1×2mmi、左右两侧2×2mmi、一个底部2×2mmi、连接4个mmi的4路90度弯曲波导和四路输出波导，其中4路90路弯曲波导上方覆盖有加热电极；本振光输入波导与顶部1×2mmi耦合，信号光输入波导与底部2×2mmi耦合，通过四路90度弯曲波导，将信号光和本振光输入至左右两侧2×2mmi，使得信号光和本振光在两侧的2×2mmi多模干涉区中混频，混频后的光信号分别引出至i路输出波导与q路输出波导。在四路90度弯曲波处设有加热电极，通过热调谐降低i路与q路的相位不均衡度，从而提升镜频抑制比，提高解调信号的质量，避免使用更昂贵的dsp进行相位补偿，降低成本。
5、可选地，对所述2×2mmi多模干涉区进行优化。将传统的矩形多模干涉区的两端轮廓结构优化为抛物线形，这一举措旨在抑制mmi边缘相对尖锐的输入/输出接口上的反射，进而减少不必要的能量损耗，同时使mmi的插入损耗和功率不平衡可以达到很好的平衡。
6、可选地，所述4路90度弯曲波导均由2个非线性弯曲taper组成,从0.5微米宽均匀过度到2微米宽，再均匀过度至0.5微米宽。利用宽度渐变的非线性taper,使结构对制造工艺有更高的鲁棒性，降低由制造偏差引起的相位误差，从而提升镜频抑制效果，提高解调信号的质量，避免使用更昂贵的dsp进行相位补偿，降低成本。
7、可选地，所述awg包括输入信道波导、输入耦合器、阵列波导、输出耦合器和输出信道波导。awg的输入、输出信道波导以及阵列波导都是条形波导，fpr为平板波导。阵列波导区覆盖有加热电极，通过热调谐使awg输出通道波长满足wdm系统要求。
8、可选地，所述awg输入耦合器包括一路输入信道taper、fpr和阵列波导taper，其中fpr由罗兰圆和部分光栅圆组成，光栅圆半径为222.46微米，罗兰圆半径为光栅圆半径的一半，在保持衍射级次不变的情况下，大半径光栅圆可以使输出波导间距增大，有效降低通道间串扰。输入信道taper位于罗兰圆一侧，阵列波导taper等间距分布在光栅圆的圆周上，其延长线交于中心输入信道处(光栅圆的圆心)；阵列波导taper与所述阵列波导相连，阵列波导设计为宽度为2微米的多模波导以降低由工艺差引起的相位误差，降低损耗，提升输出谱线的光滑度。
9、可选地，输出耦合器包括阵列波导taper、fpr和输出信道taper，其中fpr由罗兰圆和部分光栅圆组成，光栅圆半径为222.46微米，罗兰圆半径为光栅圆半径的一半，在保持衍射级次不变的情况下，大半径光栅圆可以使输出波导间距增大，有效降低通道间串扰。阵列波导taper等间距分布在光栅圆的圆周上，其延长线交于中心输出信道处(光栅圆的圆心)，输出信道taper等间距分布在罗兰圆的圆周上；阵列波导taper与所述阵列波导相连，阵列波导设计为宽度为2微米的多模波导以降低由工艺差引起的相位误差，降低损耗，提升输出谱线的光滑度。
10、可选地，所述阵列波导设计为宽度2微米的多模波导以提升工艺容差，布线方式为马鞍型结构，相比于“z”型结构更加紧凑。每根阵列波导由直波导和两段与之相切连接的欧拉弯曲波导以及两端圆弧弯曲波导组成，利用欧拉弯曲波导降低插入损耗。相邻阵列波导的长度差在直波导部分引入。
11、可选地，利用热光效应，通过热电极加热整个阵列波导区改变awg输出通道的中心波长以满足wdm系统要求。所述awg加热电极可由两个共阴极“蛇形排布”的电极并联组成，在保证电阻值足够大的同时，覆盖了更大的加热面积，具有更好加热效果，并且可以降低加热所需电压。
12、相对于现有技术，本专利技术的优点如下：
13、1、将传统的矩形mmi多模干涉区优化为抛物线形，降低了不平衡度和损耗。
14、2、90度光混频器中弯曲波导采用宽度渐变的非线性taper，提升了对制造工艺误差的容本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多通道波分复用90度光混频芯片，其特征在于：所述芯片由信号光输入波导、本振光输入波导、一个90度光混频器、四个AWG和输出波导组成，其中90度光混频器和四个AWG均设有加热电极，信号光和本振光在90度光混频器中进行相干混频，形成一组同相信号和一组正交信号，其中90度光混频器的两路同相信号输出端分别与AWG1和AWG4的输入端相连，两路正交信号输出端分别与AWG2和AWG3的输入端相连，AWG输出光信号耦合至光纤阵列中。
2.根据权利要求1所述多通道波分复用90度光混频芯片,其特征在于：所述90度光混频器包括1个1×2MMI和3个2×2MMI、四路弯曲波导和四路输出波导；本振光输入波导与1×2MMI输入端相连，信号光输入波导与底部2×2MMI输入端相连，通过四路90度弯曲波导，将信号光和本振光输入至两侧2×2MMI多模干涉区，使得信号光和本振光在两侧的2×2MMI中混频，并分别引出至I路输出波导与Q路输出波导，在四路90度弯曲波导处，分别设有加热电极，利用热光效应进行相位调谐，降低I路与Q路的相位不均衡度。
3.根据权利要求2所述多通道波分复用90度
4.根据权利要求2所述多通道波分复用90度光混频芯片,其特征在于：所述四路弯曲波导用于连接4个MMI，每一路弯曲波导由2个非线性弯曲taper组成,从0.5微米宽均匀过度到2微米宽，再均匀过度至0.5微米宽。
5.根据权利要求1所述多通道波分复用90度光混频芯片,其特征在于：所述AWG包括输入信道波导、输入耦合器、阵列波导、输出耦合器和输出信道波导，阵列波导区覆盖有加热电极。
6.根据权利要求5所述多通道波分复用90度光混频芯片,其特征在于：所述输入耦合器包括一路输入信道taper、自由传输平板区(FPR)和43路阵列波导taper，其中FPR由罗兰圆和部分光栅圆组成，光栅圆半径为222.46微米，罗兰圆半径为光栅圆半径的一半，输入信道taper位于罗兰圆一侧，43路阵列波导taper等间距分布在光栅圆的圆周上，其延长线交于中心输入信道处(光栅圆的圆心)；43路阵列波导taper与阵列波导相连，阵列波导设计为宽度为2微米的多模波导。
7.根据权利要求5所述多通道波分复用90度光混频芯片，其特征在于：所述输出耦合器包括43路阵列波导taper、FPR和8路输出信道taper，其中FPR由罗兰圆和部分光栅圆组成，罗兰圆半径为光栅圆半径的一半,43路阵列波导taper等间距分布于光栅圆一侧，其延长线交于中心输出信道处(光栅圆的圆心)，43路阵列波导taper与阵列波导相连，阵列波导设计为宽度为2微米的多模波导。
8.根据权利要求5中所述多通道波分复用90度光混频芯片，其特征在于:所述加热电极由两个共阴极“蛇形排布”的电极并联组成，在保证加热效果的同时，降低加热所需电压。
...【技术特征摘要】
1.一种多通道波分复用90度光混频芯片，其特征在于：所述芯片由信号光输入波导、本振光输入波导、一个90度光混频器、四个awg和输出波导组成，其中90度光混频器和四个awg均设有加热电极，信号光和本振光在90度光混频器中进行相干混频，形成一组同相信号和一组正交信号，其中90度光混频器的两路同相信号输出端分别与awg1和awg4的输入端相连，两路正交信号输出端分别与awg2和awg3的输入端相连，awg输出光信号耦合至光纤阵列中。
2.根据权利要求1所述多通道波分复用90度光混频芯片,其特征在于：所述90度光混频器包括1个1×2mmi和3个2×2mmi、四路弯曲波导和四路输出波导；本振光输入波导与1×2mmi输入端相连，信号光输入波导与底部2×2mmi输入端相连，通过四路90度弯曲波导，将信号光和本振光输入至两侧2×2mmi多模干涉区，使得信号光和本振光在两侧的2×2mmi中混频，并分别引出至i路输出波导与q路输出波导，在四路90度弯曲波导处，分别设有加热电极，利用热光效应进行相位调谐，降低i路与q路的相位不均衡度。
3.根据权利要求2所述多通道波分复用90度光混频芯片,其特征在于：所述2×2mmi包括两个输入taper,经过抛物线形边界优化的多模干涉区和两个输出taper，多模干涉区长度6.5微米，宽度为2.4微米。
4.根据权利要求2所述多通道波分复用90度光混频芯片,其特征在于：所述四路弯曲波导用于连接4个mmi，每一路弯曲波导由2个非线性弯曲...
【专利技术属性】
技术研发人员：林曈，范岩，李柳，孟睿，恽斌峰，倪振华，吕俊鹏，陈奕钊，蒋剑伟，周品臣，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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