CN102253565A - 一种光波导调制器 - Google Patents

一种光波导调制器 Download PDF

Info

Publication number
CN102253565A
CN102253565A CN2011102195674A CN201110219567A CN102253565A CN 102253565 A CN102253565 A CN 102253565A CN 2011102195674 A CN2011102195674 A CN 2011102195674A CN 201110219567 A CN201110219567 A CN 201110219567A CN 102253565 A CN102253565 A CN 102253565A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical waveguide
modulator
waveguide
wavelength
resonator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011102195674A
Other languages
English (en)
Inventor
周治平
易华祥
王兴军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peking University
Original Assignee
Peking University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University filed Critical Peking University
Priority to CN2011102195674A priority Critical patent/CN102253565A/zh
Publication of CN102253565A publication Critical patent/CN102253565A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及光学调制器技术领域，特别涉及一种光波导调制器。该光波导调制器包括：调制区、波长选择区和连接区；调制区为谐振腔结构，采用物理反应改变光波导的折射率，光波导折射率与其相位变化为非线性关系。波长选择区为闭合的光波导结构，通过干涉方法，对谐振波长进行选择。调制区和波长选择区通过连接区进行两者光信号的传输。本发明提供的光波导调制器，可以通过特殊的耦合结构实现非线性的折射率和耦合系数的变化关系，实现高效耦合调节的同时，减小调制器尺寸。与已有的光波导调制器相比，其调制效率比已有光波导调制器高10倍以上，调制区与波长选择区相分离，减小有源的热效应对工作波长产生的漂移影响。

Description

一种光波导调制器
技术领域
本发明涉及光通信技术中光学调制器技术领域，特别涉及一种光导调制器。
背景技术
目前，将光子技术和微电子技术集合起来，以实现硅基光电集成为目标的硅光子学成为世界光电子学领域十分热门的前沿科学。硅光子学元器件包括光源、光波导、光子晶体、光开关、光放大器、光调制器和光探测器等。其中，光调制器能够将信息加载到光载波上进行传输，是光通讯领域的重要元器件之一。环形波导谐振腔具有尺寸小，谐振品质因素高等特点，在光电集成中有着广泛应用。由于其的波长选择性对折射率变化非常敏感，人们发明了基于环形谐振腔的调制器。目前报道的最高环形谐振腔调制器的调制速率是大于12.5Gbit/s，尺寸约为102μm2，比相同速度的MZI调制器小10倍。但由于目前的环形波导调制器是基于谱线漂移原理实现强度的调制，面临问题是：高的光学调制效率(其中：光学调制效率＝输出光强变化/调制产生的波导折射率变化)，对于光学特性的要求为陡直的谐振谱线，相应的调制波长范围就窄；如果要求较宽的调制波长范围，相应的谐振谱线陡直性差，调制效率下降。因此，为了解决这样的问题，人们发明了新的调制方式，通过控制耦合系数，实现谐振谱线形状的调节，从而改变光信号的强度。但是耦合系数的高效调节在小尺寸的波导结构中难以实现，因此一种高效的耦合调制方法是进一步提高调制效率的关键，从而实现目前要求的集成高速的波导调制器。现有基于光波导的耦合调制方法是，通过调制波导的折射率，实现波导相位的线性变化，从而实现耦合系数的调制，因此需要足够大的波导尺寸来实现高速调制器所需的耦合调节。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种光波导调制器，可克服小尺寸的高效耦合调制问题，通过耦合系数调制的方法，进而可用于实现速率大于40Gb/s的集成光波导调制器。
(二)技术方案
为了解决上述问题，本发明提供一种光波导调制器，包括：调制区、波长选择区、连接区；
所述调制区为闭合的谐振腔结构，采用物理反应改变光波导的折射率，所述光波导折射率与其相位变化为非线性关系；
所述波长选择区为闭合的光波导结构，通过干涉方法，对谐振波长进行选择；
所述调制区和波长选择区通过连接区进行两者光信号的传输。
进一步地，所述连接区通过耦合方式将光波导与波长选择区和调制区进行连接。
进一步地，所述调制区与所述波长选择区分离设置。
进一步地，所述谐振腔结构为基于光波导形成的光学谐振腔。
进一步地，所述光学谐振腔为FP谐振腔、环形谐振腔或光子晶体微腔。
进一步地，所述物理反应包括电光效应、热光效应、声光效应或磁光效应。
进一步地，所述耦合方式包括波导的对接耦合、定向耦合或多模干涉仪耦合。
进一步地，所述光波导的材料为硅、氮化硅或氮氧化硅。
进一步地，所述光波导为任意结构的导模波导。
进一步地，所述连接区为单侧波导与调制区谐振腔进行耦合；
或者，连接区为双侧波导与调制区谐振腔进行耦合。
(三)有益效果
本发明提供的光波导调制器，可以通过特殊的耦合结构实现非线性的折射率和耦合系数的变化关系，实现高效耦合调节的同时，减小调制器尺寸。与已有的光波导调制器相比，这种调制器采用了耦合系数调制的方式，增大了可调节的波长范围，同时其调制效率比已有光波导调制器高10倍以上，且本发明光波导调制器源的调制区与无源波长选择区相分离，减小有源的热效应对工作波长产生的漂移影响。
附图说明
图1为本发明实施例光波导调制器结构示意图；
图2为本发明实施例光波导调制器结构另一示意图；
图3为本发明实施例光波导调制器性能比较示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-2所示，本发明实施例提供的光波导调制器，包括：调制区1、波长选择区2和连接区3；
调制区1为谐振腔结构，采用物理反应改变光波导的折射率，光波导折射率与其相位变化为非线性关系。波长选择区2为闭合的光波导结构，通过干涉方法，对谐振波长进行选择。调制区1和波长选择区2通过连接区3进行两者光信号的传输。连接区3通过有效的耦合方式将光波导与波长选择区和调制区进行连接。
其中，调制区1与波长选择区2分离设置，可有效减小有源的调制区1热效应对工作波长产生的漂移影响。调制区1的闭合谐振腔结构为基于光波导形成的光学谐振腔。其中，光学谐振腔为FP谐振腔、环形谐振腔或光子晶体微腔。
物理反应可采用电光效应、热光效应、声光效应、磁光效应或其他已知的能够改变光波导折射率的物理反应。该连接区3为单侧波导与调制区谐振腔进行耦合；或者，连接区3为双侧波导与调制区谐振腔进行耦合。
耦合方式包括波导的对接耦合、定向耦合、多模干涉仪耦合或其他已知的耦合方式。
其中，光波导为任意结构的导模波导，其材料为硅、氮化硅或氮氧化硅。其长度为任意长度。
本发明实施例提供的光波导调制器通过调制波长选择区的光学谐振腔与光场输入/输出的关系，即耦合系数，来实现器件输出光信号强度的调制结果。
下面具体描述光波导调制器的实际应用方法：
例如要求对工作波长为1550nm的光信号进行调制，其方法步骤如下：
首先，确定调制区的谐振腔结构，本发明实施例中的谐振腔结构为环形波导结构。
其次，确定谐振腔的周长。由于工作波长为1550nm，因此，调制区环形腔的周长为155μm，使其能够在腔内形成谐振。
再次，确定波长选择区的闭合波导的周长。由于工作波长为1550nm，因此，波长选择区的闭合波导周长为155μm，使得工作波长的光场能够在闭合波导内形成谐振。
再次，确定连接区的耦合方式，例如采用定向耦合进行耦合。
最后，确定各结构之间的连接结构。本实施例采用单侧波导与调制区谐振腔通过定向耦合形式连接；再通过波导与波长选择区耦合。
另外，由于连接结构的不同，还可以采用如下应用方法：例如要求对工作波长为1550nm的光信号进行调制，其方法步骤如下：
首先，确定调制区的谐振腔结构，本发明实施例中的谐振腔结构为环形波导结构。
其次，确定谐振腔的周长。由于工作波长为1550nm，因此，调制区环形腔的周长为155μm，使其能够在腔内形成谐振。
再次，确定波长选择区的闭合波导的周长。由于工作波长为1550nm，因此，波长选择区的闭合波导周长为155μm，使得工作波长的光场能够在闭合波导内形成谐振。
再次，确定连接区的耦合方式，例如采用定向耦合进行耦合。
最后，确定各结构之间的连接结构，可采用双侧波导与调制区谐振腔通过定向耦合形式连接，再通过波导与波长选择区耦合。
根据以上两个应用方法的比较，仿真其性能参数如图3所示。横坐标为不同的波导有效折射率(通过物理反应实现)。纵坐标为对应的光场强度输出。根据光学调制效率的定义，其为强度变化与折射率改变的比值，在图中体现为图线的斜率。实线所绘制的是普通情况下，即采用线性波导相位调制的情况下的输出强度随折射率改变的情况。比较两者，本发明的两个应用方法均具有明显较大的斜率，表明本发明提供的调制方法具有高的光学调制效率。
本发明提供的光波导调制器，可以通过特殊的耦合结构实现非线性的折射率和耦合系数的变化关系，实现高效耦合调节的同时，减小调制器尺寸。与已有的光波导调制器相比，耦合调制的方式增大了调制器的工作波长范围，其调制效率比已有光波导调制器高10倍以上，且本发明光波导调制器有源的调制区与无源波长选择区相分离，减小有源的热效应对工作波长产生的漂移影响。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种光波导调制器，其特征在于，包括：调制区、波长选择区、连接区；
所述调制区为闭合谐振腔结构，采用物理反应改变光波导的折射率，所述光波导折射率与其相位变化为非线性关系；
所述波长选择区为闭合的光波导结构，通过干涉方法，对谐振波长进行选择；
所述调制区和波长选择区通过连接区进行两者光信号的传输。
2.如权利要求1所述的光波导调制器，其特征在于，所述连接区通过耦合方式将光波导与波长选择区和调制区进行连接。
3.如权利要求1所述的光波导调制器，其特征在于，所述调制区与所述波长选择区分离设置。
4.如权利要求1所述的光波导调制器，其特征在于，所述谐振腔结构为基于光波导形成的光学谐振腔。
5.如权利要求4所述的光波导调制器，其特征在于，所述光学谐振腔为FP谐振腔、环形谐振腔或光子晶体微腔。
6.如权利要求1所述的光波导调制器，其特征在于，所述物理反应包括电光效应、热光效应、声光效应或磁光效应。
7.如权利要求2所述的光波导调制器，其特征在于，所述耦合方式包括波导的对接耦合、定向耦合或多模干涉仪耦合。
8.如权利要求1-7任一项所述的光波导调制器，其特征在于，所述光波导的材料为硅、氮化硅或氮氧化硅。
9.如权利要求8所述的光波导调制器，其特征在于，所述光波导为任意结构的导模波导。
10.如权利要求1所述的光波导调制器，其特征在于，所述连接区为单侧波导与调制区谐振腔进行耦合；
或者，连接区为双侧波导与调制区谐振腔进行耦合。
CN2011102195674A 2011-08-02 2011-08-02 一种光波导调制器 Pending CN102253565A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102195674A CN102253565A (zh) 2011-08-02 2011-08-02 一种光波导调制器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102195674A CN102253565A (zh) 2011-08-02 2011-08-02 一种光波导调制器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102253565A true CN102253565A (zh) 2011-11-23

Family

ID=44980906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011102195674A Pending CN102253565A (zh) 2011-08-02 2011-08-02 一种光波导调制器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102253565A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104375354A (zh) * 2014-11-06 2015-02-25 上海交通大学 基于干涉耦合硅基微环谐振腔的可调光微分方程求解器
CN105606091A (zh) * 2015-12-21 2016-05-25 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 全天时干涉测量星敏感器
CN109831247A (zh) * 2019-01-28 2019-05-31 钟林晟 基于微环结构的超紧凑调制器效率测试装置及测试方法
CN113900285A (zh) * 2021-12-08 2022-01-07 杭州芯耘光电科技有限公司 一种工艺不敏感调制器
CN114019610A (zh) * 2022-01-05 2022-02-08 成都明夷电子科技有限公司 一种用于射频信号调制强化的调制器及其调制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6341184B1 (en) * 1999-09-10 2002-01-22 Nannovation Technologies, Inc. Low drive voltage optical modulator

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6341184B1 (en) * 1999-09-10 2002-01-22 Nannovation Technologies, Inc. Low drive voltage optical modulator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHAO LI ET AL: "Silicon microring carrier-injection-based modulators/switches with tunable extinction ratios and OR-logic switching by using waveguide cross-coupling", 《OPTICS EXPRESS》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104375354A (zh) * 2014-11-06 2015-02-25 上海交通大学 基于干涉耦合硅基微环谐振腔的可调光微分方程求解器
CN105606091A (zh) * 2015-12-21 2016-05-25 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 全天时干涉测量星敏感器
CN109831247A (zh) * 2019-01-28 2019-05-31 钟林晟 基于微环结构的超紧凑调制器效率测试装置及测试方法
CN113900285A (zh) * 2021-12-08 2022-01-07 杭州芯耘光电科技有限公司 一种工艺不敏感调制器
CN114019610A (zh) * 2022-01-05 2022-02-08 成都明夷电子科技有限公司 一种用于射频信号调制强化的调制器及其调制方法
CN114019610B (zh) * 2022-01-05 2022-03-29 成都明夷电子科技有限公司 一种用于射频信号调制强化的调制器及其调制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rashed et al. Transmission performance simulation study evaluation for high speed radio over fiber communication systems
CN106788765B (zh) 硅基高速双载波双偏振调制器集成芯片
CA2561153C (en) Optical modulator
CN104330939B (zh) 一种sbs宽带可调谐光纤延迟系统
De Heyn et al. Ultra-dense 16x56Gb/s NRZ GeSi EAM-PD arrays coupled to multicore fiber for short-reach 896Gb/s optical links
US8861978B2 (en) Method and apparatus providing wave division multiplexing optical communication system with active carrier hopping
CN102084611A (zh) 光学调制器中射频响应的谐振腔辅助控制
CN102253565A (zh) 一种光波导调制器
CN107919915B (zh) 多路nrz光信号转单路多电平光信号的光纤通信系统及方法
Akiyama et al. High-speed and efficient silicon modulator based on forward-biased pin diodes
Van Campenhout et al. Silicon photonics for 56G NRZ optical interconnects
Liu et al. Silicon photonic transceivers in the field of optical communication
Baier et al. Integrated transmitter devices on InP exploiting electro-absorption modulation
US7403670B1 (en) Compact optical modulator
CN102929072B (zh) 无偏振串扰的偏振复用系统全光波长变换简化装置及方法
Doerr et al. Compact EAM-based InP DQPSK modulator and demonstration at 80 Gb/s
Chen et al. Hybrid integrated DWDM silicon photonic transceiver with self-adaptive CMOS circuits
CN101325312A (zh) 一种高速调制半导体激光器
WO2023060412A1 (zh) 一种面向高速光通信的6.4Tbps硅基光引擎收发芯片组件
Wen et al. 100 Gb/s NRZ OOK signal regeneration using four-wave mixing in a silicon waveguide with reverse-biased pin junction
CN107070556A (zh) 一种双向光纤收发电路及双向光纤收发机
CN101325313B (zh) 高速调制半导体激光器
Griffin et al. Performance of MQW InP Mach-Zehnder modulators for advanced modulation formats
Lai et al. Demonstration of error-free 25Gb/s duobinary transmission using a colourless reflective integrated modulator
CN113703201A (zh) 光调制器及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20111123