CN106461869B - 一种微环谐振器 - Google Patents

一种微环谐振器 Download PDF

Info

Publication number
CN106461869B
CN106461869B CN201480011378.XA CN201480011378A CN106461869B CN 106461869 B CN106461869 B CN 106461869B CN 201480011378 A CN201480011378 A CN 201480011378A CN 106461869 B CN106461869 B CN 106461869B
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
microring resonator
neff
straight
identify
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.)
Active
Application number
CN201480011378.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106461869A (zh
Inventor
胡菁
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.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
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 Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Publication of CN106461869A publication Critical patent/CN106461869A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106461869B publication Critical patent/CN106461869B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1223—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths high refractive index type, i.e. high-contrast waveguides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/126—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind using polarisation effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2753—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means characterised by their function or use, i.e. of the complete device
    • G02B6/2773—Polarisation splitting or combining
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29331—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by evanescent wave coupling
    • G02B6/29335—Evanescent coupling to a resonator cavity, i.e. between a waveguide mode and a resonant mode of the cavity
    • G02B6/29338—Loop resonators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/29397—Polarisation insensitivity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12116—Polariser; Birefringent
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2726—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means in or on light guides, e.g. polarisation means assembled in a light guide
    • G02B6/274—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means in or on light guides, e.g. polarisation means assembled in a light guide based on light guide birefringence, e.g. due to coupling between light guides

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

一种微环谐振器，包括：至少一个第一直波导；第二波导(Arm3)以及第三波导(Arm2)，第二波导(Arm3)和第三波导(Arm2)形成封闭环形波导，所述环形波导与第一波导耦合；第四波导(Arm1)，所述第四波导(Arm1)与所述环形波导耦合；偏振分束器(PS)，所述偏振分束器(PS)一端与所述第四波导(Arm1)连接，一端与所述环形波导的第二波导(Arm3)相连。该微环谐振器使不同偏振分开传输的两个波导距离突破谐振器半径的限制，进一步减小了TE、TM通路的距离，从而减小了工艺误差产生的谐振器偏振相关工作波长差异，可以满足对这一指标要求更为严格的场景。

Description

一种微环谐振器
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种微环谐振器。
背景技术
随着网络的不断扩容升级，为了控制成本和功耗，光模块的小型化成了必不可少的演进方向。为了实现这一目的需要减小光模块中光组件和电路的体积，而减小光组件体积的方法主要是使用具有高折射率差的集成型波导器件代替传统的分立式光学组件。现有技术中，常用的高折射率差波导材料有硅、氮化硅、聚合物(例如SU8)以及III-V族化合物半导体材料例如InP等。这些材料组成的光器件具有非常强烈的偏振相关性，即横电模(Transverse Electric，TE)偏振光同横磁模(Transverse Magnetic，TM)偏振光具有不同的工作波长。但是在部分网络应用中，要求接收侧的光器件具有偏振不敏感的特性，即要求TE、TM两个偏振的工作波长相同。
图1示出了一种现有技术提供的微环谐振器的结构示意图。如图1所示，偏振态未知的输入光被偏振分束器(Polarization Splitter，PS)分开为TE、TM光，并分别采用具有相同工作波长的微环谐振器进行处理，然后使用偏振合束器(Polarization Combiner，PC)进行偏振合束。因为要求两个微环的工作波长相同，而且组成波导具有强偏振相关性，因为其半径不相同，分别为R和R’。为了使两个微环不相互耦合，设微环间的最小距离为Gap。采用图1中的方案，器件间的间距受谐振器半径的限制，至少为2*R+2*R’+Gap，无法进一步减少。图1中的方案缺点是需要使用两套器件，控制复杂度以及功耗都加倍。其次，使用该方案，TE、TM的偏振相关工作波长差异，受限于目前的工艺水平以及微环间的最小距离限制，无法满足密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)应用的需求。
发明内容
由鉴于此，本发明的实施例提供一种微环谐振器，解决了当前现有技术中的微环谐振器具有强烈偏振相关性的技术问题。
第一方面，本发明实施例公开一种微环谐振器，包括第一直波导，第二波导以及第三波导，其中，第二波导和第三波导形成封闭环形波导或者形成未封闭的螺旋状，所述环形波导与第一直波导耦合，第四波导，所述第四波导呈圆弧状，与所述第三波导耦合，偏振分束器，其中，所述偏振分束器一端与所述第四波导相连，一端与所述环形波导的第二波导相连。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述微环谐振器满足以下公式：Neff(TE)×(L(第二波导)+L(第三波导))＝Neff(TM)×(L(第二波导)+L(第四波导))＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)其中，Neff用于标识有效折射率，Neff(TE)用于标识横电模TE的有效折射率，L用于标识波导的长度，L(第二波导)用于标识第二波导的长度；m用于标识谐振级次；λ用于标识波长，λ(TE)用于标识横电模TE光的波长。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第一直波导为一根、两根或多根。
结合第一方面的任意一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第二波导、第三波导、第四波导其中之一或者部分或者全部为弯曲波导。
结合第一方面以及第一方面的第一种至第二种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第二波导、第三波导、第四波导其中之一或部分或全部为直波导。
结合第一方面的任意一种可能的实现方式中，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述微环谐振器还包括微型电极，所述微型电极耦合在所述第三波导和第四波导之间。
结合第一方面的任意一种可能的实现方式中，在第一方面的第六种可能的实现方式中，在所述第二波导上沉积有吸收层，所述吸收层材料为锗、硅、锡的一种或者其组合，或者是III-V族化合物材料。
结合第一方面的任意一种可能的实现方式中，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述第一波导、第二波导、第三波导以及第四波导的截面结构为条形，或者脊型。
第二方面，一种微环谐振器，包括第一直波导，第二波导和第三波导，其中，第二波导和第三波导形成圆弧状，所述圆弧状波导与所述第一波导耦合，偏振合束器，所述偏振合束器与所述圆弧状波导形成封闭环。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述微环谐振器满足以下公式：Neff(TE)×L(封闭环周长)+neff(TM)×L(封闭环周长)＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)其中，Neff用于标识有效折射率，Neff(TE)用于标识横电模TE的有效折射率，L用于标识波导的长度，L(封闭环周长)用于标识由所述第二波导、第三波导和偏振合束器形成的封闭环的周长，m用于标识谐振级次，λ用于标识波长，λ(TE)用于标识横电模TE光的波长。
结合第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述第一直波导为一根、两根或多根。
结合第二方面的任意一种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述第二波导和第三波导其中之一或者全部为弯曲波导。
结合第二方面的任意一种可能的实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述第二波导和第三波导其中之一或者全部为直波导。
结合第二方面的任意一种可能的实现方式，在第二方的第五种可能的实现方式中，在所述第二波导上沉积有吸收层，所述吸收层材料为锗、硅、锡的一种或者其组合，或者是III-V族化合物材料。
结合第二方面的任意一种可能的实现方式，在第二方的第六种可能的实现方式中，所述第一波导、第二波导、第三波导的截面结构为条形，或者脊型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种微环谐振器的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种微环谐振器的结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图4为本发明实施例一提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图5A为本发明实施例一提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图5B为本发明实施例一提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图6为本发明实施例二提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图7为本发明实施例二提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图8为本发明实施例二提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图9A为本发明实施例二提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图9B为本发明实施例二提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图10为本发明实施例三提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图11为本发明实施例三提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图12为本发明实施例三提供的另一种微环谐振器的结构示意图；
图13为本发明实施例三提供的另一种微环谐振器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例一提供了一种新型的微环谐振器，通过公共波导以及两个偏振分束器PS使得TE、TM的光路工作波长一致。在本发明实施例一公开的方案中，TE、TM光路的间距突破了微环半径的限制，能够更好的抵抗工艺误差带来的工作波长差异。
本发明的实施例一提供的微环谐振器，包括第一直波导，第二波导以及第三波导，其中，第二波导和第三波导形成封闭环形波导，所述环形波导与所述第一直波导耦合，第四波导，所述第四波导呈圆弧状，与所述第三波导耦合，偏振分束器，其中，所述偏振分束器一端与所述第四波导连接，一端与所述环形波导的第二波导相连。
具体地，本发明实施例提供的微环谐振器的结构如图2所示，包括两根互相垂直的直波导(图2中的平行线为平行的直波导，垂直线为垂直的直波导)、一个环形波导、两个耦合到所述环形波导的偏振分束器PS1和PS2、以及与两个PS连接的弯曲波导(也可称为单偏振波导)。其中，该环形波导在图2中采用Arm3和Arm2来标记，其中，靠近下方的半圆弧为Arm3，另一半圆弧为Arm2。环形波导为一个整体，采用Arm3和Arm2分段标记，为了后续说明本发明的原理。图2中圆形结构代表环形波导，需要说明的是，该环形波导的外观可以是圆形、椭圆形、边缘不规则的类似圆形等，不一定必须是正圆形，只要是出发点和结束点重合的一个封闭环形形状即可，所述环形波导与两根互相垂直的直波导耦合，耦合方式为如图2所示的结构，所述环形波导位于由两根直波导组成的第一象限中。进一步地，分别有两个偏振分束器与环形波导耦合，两个偏振分束器分别位于环形波导至垂直波导耦合的第一耦合区，环形波导与平行波导耦合的第二耦合区。
本发明实施例提供的微环谐振器的工作原理如下：
输入光的偏振态未知，由图2中右侧的入射端口Input进入。通过耦合区1(环形波导与平行直波导的耦合区)耦合进入该环形波导。在耦合区1、Arm3以及耦合区2中同时存在TE、TM偏振的光。经过第一偏振分束器PS1，TE偏振的光的路径为图2中Arm2所示的路线；TM偏振的光经过PS1后，偏振态旋转为TE，其光的路径为图2中Arm1所示的路线。输入光分别通过Arm1和Arm2上的传输后，所有光进入第二偏振分束器PS2。经过PS2后，TE偏振的光偏振态保持不变，进入耦合区1；原TM偏振的光(进入PS2前偏振态为TE)偏振态发生旋转，重新变成TM偏振的光，进入耦合区1。由于光不断在“环”中谐振，从而在耦合区1和耦合区2分别发生多光束干涉现象。耦合区1中发生干涉加强的光，在出射端口射出(图2中的Through出口)；其余在耦合区1中干涉相消的光，在耦合区2发生干涉加强，在另一出射端口射出(图2中的Drop出口)。
本发明实施例采用Arm1和Arm2的长度差产生的光程差补偿在Arm3中TE、TM因偏振不同而存在的光程差，从而保证TE、TM偏振的光经历的光程一致，即其工作波长一致，也就达到了器件偏振不敏感的目的。或者说保证TE、TM的单程相位变化一致，如下方公式所示：
Neff(TE)×(L(Arm3)+L(Arm2))＝Neff(TM)×(L(Arm3)+L(Arm1))＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)
其中，Neff用于标识有效折射率(Effective Refractive Index，Neff)，neff(TE)用于标识TE的有效折射率，L用于标识波导的长度，L(Arm3)用于标识Arm3波导的长度；m用于标识谐振级次；λ用于标识波长，λ(TE)用于标识TE光的波长。
进一步地，可以使用直波导代替Arm1和Arm2所示的弯曲波导，以尽可能减小波导中可能存在的偏振转换现象。
进一步地，图2中的直波导还可以是一根或多根。图3为多根直波导和一个环形波导耦合的结构示意图。图3中的平行波导为第一根直波导，与Drop1方向倾斜的为第二根直波导，与DropN方向倾斜的为第N根直波导；环形波导和弯曲波导以及偏振分束器的耦合关系同图2相同。以下介绍图3所示的多根直波导和环形波导耦合的原理：
输入光偏振态未知，由Input端口进入。通过耦合区1耦合进入微环谐振器。在耦合区1、Arm3以及耦合区2至耦合区N+1，同时存在TE、TM偏振的光。经过第一偏振分束器PS1，TE偏振的光的路径为图3中Arm2所示的路线；TM偏振的光经过PS1后，偏振态发生旋转为TE，其路径为图3中Arm2所示的路线。通过Arm1和Arm2的传输后，所有光进入第二偏振分束器PS2。经过PS2后，TE偏振的光偏振态保持不变进入耦合区1；原TM偏振的光(进入PS2前偏振态为TE)偏振态发生旋转，重新变成TM偏振的光，进入耦合区1。由于光不断在“环”中谐振，从而在耦合区1和耦合区2至耦合区N+1分别发生多光束干涉现象。耦合区1中发生干涉加强的光，在Trough端口输出；其余在耦合区1中干涉相消的光，在耦合区2至耦合区N+1中干涉加强，分别从Drop1至DropN按功率等分输出。
采用Arm1和Arm2的长度差产生的光程差补偿在Arm3中TE、TM因偏振不同而存在的光程差，从而保证TE、TM偏振的光经历的光程一致，即其工作波长一致，也就达到了器件偏振不敏感的目的；或者，保证TE、TM的单程相位变化一致，如下方公式所示：
Neff(TE)×(L(Arm3)+L(Arm2))＝Neff(TM)×(L(Arm3)+L(Arm1))＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)
进一步地，图4示出了单根直波导与半环形波导耦合的微环谐振器的结构。如图4所示，偏振态未知的光从Input端口入射，经过耦合区1、PS1、Arm1以及Arm2的光路同上述实施例工作原理一致，这里不再赘述。不同点是PS2的工作特性。经过PS2后，TE偏振的光偏振态发生旋转变成TM偏振，进入耦合区1；原TM偏振的光(进入PS2前偏振态为TE)偏振态保持不变仍为TE，进入耦合区1。此时，TE、TM的平均光程完全一致，在Arm1、Arm2中不需要进行长度补偿；或者，保证TE、TM的单程相位变化一致，如下方公式所示：
Neff(TE)×(L(Arm3)+L(Arm2))＝Neff(TM)×(L(Arm3)+L(Arm1))＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)
其中，可以使用直波导代替Arm1和Arm2所示的弯曲波导，已尽可能减小波导中可能存在的偏振转换现象。
可选地，对于本发明实施例提供的微环谐振器，如图5A所示，可以将微型电极(Micro Heater，MH)耦合在波导Arm1和Arm2之间，并用这个微型电极控制该两个波导，从而充分利用原来可能被浪费掉的那部分能力。其中，电极为图5A中黄色弧形曲线。
进一步地，在本发明实施例提供的微环谐振器，还可以在波导Arm3上沉积吸收层，可实现偏振不敏感谐振型探测器的功能。吸收层为图5B中红色弧形部分。其中，吸收层材料为锗、硅、锡的一种或者其组合，III-V族(比如InP、InGaAsP)材料。本发明实施例与现有技术相比使用的吸收层材料减半，从而噪声减半，所以接收灵敏度可以更高。特别是对于噪声较大的硅锗系吸收材料，噪声是限制其高温时接收灵敏度的主要因素，降低噪声来提高接收灵敏度的效果会更好。
进一步地，上述波导的材料可以是锗、硅、锡的一种或者其组合，III-V族材料，或者氮化硅，或者聚合物。
进一步地，上述波导的截面结构可以是条形的也可以是浅Slab的脊形波导，或者是不同部分使用不同的波导截面结构。
本发明实施例通过采用将PS内置在谐振环路里的方案，不同偏振分开传输的两个波导距离突破谐振器半径的限制，进一步减小了TE、TM通路的距离，从而减小了工艺误差产生的谐振器偏振相关工作波长差异，可以满足对这一指标要求更为严格的场景。其次，通过设计使TE、TM具有相同的工作波长，即使发生偏振转换也不会增加偏振串扰。波导截面形状可以任意设计，而不会需要抑制偏振转换而使用特殊的截面形状。
实施例二
本发明的实施例提供另一种微环谐振器，包括第一直波导，第二波导以及第三波导，其中，第二波导和第三波导形成封闭环形波导或者形成未封闭的螺旋状，所述环形波导与所述第一直波导耦合，第四波导，所述第四波导呈圆弧状，与所述第三波导耦合，偏振分束器，其中，所述偏振分束器一端与所述第四波导连接，一端与所述环形波导的第二波导相连。
具体地，该微环谐振器的结构如图6所示，包括两根互相垂直的直波导(图6中的平行线和垂直线分别代表2根互相垂直的直波导)、一个未封闭的环形波导(图6中Arm2和Arm3两段波导形成的呈螺旋结构没有封闭的“环”形波导，需要说明的是，该“环”的外观可以是圆形、椭圆形、边缘不规则的类似圆形等，不一定必须是正圆形)、两个耦合到所述环形波导的偏振分束器PS1和PS2、以及与两个PS连接的Arm1波导。
本发明实施例提供的微环谐振器的原理介绍如下：
偏振态未知的光从Input端口经过耦合区1、耦合区2、PS1、Arm1、Arm2的光路同实施一工作原理一样，这里不再赘述。不同点是PS2的工作特性。经过PS2后，TE偏振的光偏振态发生旋转变成TE偏振，进入耦合区1；原TM偏振的光(进入PS2前偏振态为TE)偏振态保持不变仍为TE，进入耦合区1。此时，TE、TM的平均光程一致，在Arm1、Arm2中不需要进行长度补偿。或者，保证TE、TM的单程相位变化一致，如下方公式所示：
Neff(TE)×(L(Arm3)+L(Arm2))＝Neff(TM)×(L(Arm3)+L(Arm1))＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)
其中，Neff用于标识有效折射率(Effective Refractive Index，Neff)，neff(TE)用于标识TE的有效折射率，L用于标识波导的长度，L(Arm3)用于标识Arm3波导的长度；m用于标识谐振级次；λ用于标识波长，λ(TE)用于标识TE光的波长。
由于光不断在“环”中谐振，从而在耦合区1和耦合区2分别发生多光束干涉现象。耦合区1中发生干涉加强的光，在Through端口输出；其余在耦合区1中干涉相消的光，在耦合区2发生干涉加强的光，在Drop段输出。
进一步地，可以使用直波导代替Arm1和Arm2所示的弯曲波导。
同理地，实施例二中的的直波导可以为一根或多根。其中，图7示出了由一根直波导和所谓的“环”(即由Arm1和Arm2形成的未封闭的螺旋状的波导)耦合的结构。如图7所示，原理介绍如下：
偏振态未知的光从Input端口经过耦合区1、PS1、Arm1、Arm2的光路同实施例一工作原理一样。不同点是PS2的工作特性。经过PS2后，TE偏振的光偏振态发生旋转变成TM偏振，进入耦合区1；原TM偏振的光(进入PS2前偏振态为TE)偏振态保持不变仍为TE，进入耦合区1。此时，TE、TM的平均光程完全一致，在Arm1、Arm2中不需要进行长度补偿。或者，保证TE、TM的单程相位变化一致，即本发明实施例满足如下方公式：
Neff(TE)×(L(Arm3)+L(Arm2))＝Neff(TM)×(L(Arm3)+L(Arm1))＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)
由于光不断在“环”中谐振，从而在耦合区1和耦合区2分别发生多光束干涉现象。耦合区1中发生干涉加强的光，在Through端口输出。
其中，可以使用直波导代替Arm1、Arm2所示的弯曲波导。
图8示出了由多根直波导和所谓的“环”耦合的结构。如图8所示，偏振态未知的光从Input端口经过耦合区1、耦合区2至耦合区N+1、PS1、Arm1、Arm2的光路同实施例一工作原理一样。不同点是PS2的工作特性。经过PS2后，TE偏振的光偏振态发生旋转变成TM偏振，进入耦合区1；原TM偏振的光(进入PS2前偏振态为TE)偏振态保持不变仍为TE，进入耦合区1。此时，TE、TM的平均光程完全一致，在Arm1、Arm2中不需要进行长度补偿，或者，保证TE、TM的单程相位变化一致，本发明实施例满足如下公式：
Neff(TE)×(L(Arm3)+L(Arm2))＝Neff(TM)×(L(Arm3)+L(Arm1))＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)
由于光不断在“环”中谐振，从而在耦合区1和耦合区2至耦合区N+1分别发生多光束干涉现象。耦合区1中发生干涉加强的光，在Through端输出；其余在耦合区1中干涉相消的光，在耦合区2至耦合区N+1中干涉加强，从Drop1至DropN按功率等分输出。
其中，可使用直波导代替Arm1、Arm2所示的弯曲波导。
本发明实施例提供采用PS内置在谐振环路里的方案，通过设计使TE/TM具有相同的工作波长，即使发生偏振转换也不会增加偏振串扰。波导截面形状可以任意设计，而不会需要抑制偏振转换而使用特殊的截面形状。
进一步，通常使用微型电极加热器件时，由于热是向四面八方扩散的，有很大一部分能量都被浪费了。对于本发明实施例提供的微环谐振器，如图5所示，可以将微型电极(Micro Heater，MH)耦合在Arm1和Arm2之间，并用这个微型电极控制两个单偏振通过波导，从而充分利用原来可能被浪费掉的那部分能力。其中，电极为图9A中黄色弧形曲线。
进一步地，在本发明实施例提供的微环谐振器，还可以在波导Arm3上沉积吸收层，可实现偏振不敏感谐振型探测器的功能。其中，吸收层材料为锗、硅、锡的一种或者其组合，III-V族化合物半导体材料(比如InP、InGaAsP)。
进一步地，上述波导的材料可以是锗、硅、锡的一种或者其组合，III-V族(比如InP、InGaAsP)材料，或者氮化硅，或者聚合物(例如SU8)。
进一步地，上述波导的截面结构可以是条形的也可以是浅Slab的脊形波导，或者是不同部分使用不同的波导截面结构。
本发明实施例通过采用将PS内置在谐振环路里的方案，不同偏振分开传输的两个波导距离突破谐振器半径的限制，进一步减小了TE、TM通路的距离，从而减小了工艺误差产生的谐振器偏振相关工作波长差异，可以满足对这一指标要求更为严格的场景。其次，通过设计使TE、TM具有相同的工作波长，即使发生偏振转换也不会增加偏振串扰。波导截面形状可以任意设计，而不会需要抑制偏振转换而使用特殊的截面形状。
实施例三
本发明的实施例提供另一种微环谐振器，包括第一直波导，第二波导和第三波导，其中，第二波导和第三波导形成圆弧状，所述圆弧状波导与所述第一波导耦合，偏振合束器，所述偏振合束器与所述圆弧状波导形成封闭环。
具体地，该微环谐振器的结构如图10所示，包括两根互相垂直的直波导(图10中的平行线和垂直线分别代表2根互相垂直的直波导)、一个未封闭环形波导(或者是Arm2和Arm3组成的一个圆弧形波导)、一个耦合到所述圆弧形波导的偏振合束器PR，其中，所述圆弧形波导和所述PR耦合形成一个封闭的环形结构。需要说明的是，该“环”的外观可以是圆形、椭圆形、边缘不规则的类似圆形等，不一定必须是正圆形。
输入光偏振态未知，由Input端口入射。通过耦合区1耦合进入微环谐振器。在耦合区1、Arm3以及耦合区2中同时存在TE、TM偏振的光。经过偏振合束器PR，TE偏振的光旋转为TM偏振的光、TM偏振的光旋转为TE偏振的光。每两周TE、TM的各自所经历的总光程一致，对应的工作波长一致，从而实现偏振不敏感。其中，满足以下公式：
neff(TE)×L(环周长)+neff(TM)×L(环周长)＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)
其中，Neff用于标识有效折射率，Neff(TE)用于标识横电模TE的有效折射率，L用于标识波导的长度，L(封闭环周长)用于标识由所述第二波导、第三波导和偏振合束器形成的封闭环的周长，m用于标识谐振级次，λ用于标识波长，λ(TE)用于标识横电模TE光的波长。
由于光不断在“环”中谐振，从而在耦合区1和耦合区2分别发生多光束干涉现象。耦合区1中发生干涉加强的光，在Through端输出。其余在耦合区1中干涉相消的光，在耦合区2中干涉加强，从Drop端口输出。
同理地，实施例三中的的直波导可以为一根或多根。其中，图11示出了由一根直波导和所谓的“环”耦合的结构。原理介绍：
输入光偏振态未知，由Input端口进入。通过耦合区1耦合进入微环谐振器。在耦合区1、Arm3中同时存在TE、TM偏振的光。经过PR，TE偏振的光旋转为TM偏振的光、TM偏振的光旋转为TE偏振的光。每两周TE、TM的各自所经历的总光程一致，对应的工作波长一致，从而实现偏振不敏感。
其中，满足以下公式：
neff(TE)×L(环周长)+neff(TM)×L(环周长)＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)
其中，Neff用于标识有效折射率，Neff(TE)用于标识横电模TE的有效折射率，L用于标识波导的长度，L(封闭环周长)用于标识由所述第二波导、第三波导和偏振合束器形成的封闭环的周长，m用于标识谐振级次，λ用于标识波长，λ(TE)用于标识横电模TE光的波长。
由于光不断在“环”中谐振，从而在耦合区1分别发生多光束干涉现象。耦合区1中发生干涉加强的光，在Through端输出。
图12示出了由多根直波导和所谓的“环”耦合的结构。原理介绍：
输入光偏振态未知，由Input端口进入。通过耦合区1耦合进入微环谐振器。在耦合区1、Arm3以及耦合区2至耦合区N+1中同时存在TE、TM偏振的光。经过PR，TE偏振的光旋转为TM偏振的光、TM偏振的光旋转为TE偏振的光。每两周TE、TM的各自所经历的总光程一致，对应的工作波长一致，从而实现偏振不敏感。
由于光不断在“环”中谐振，从而在耦合区1和耦合区2至耦合区N+1分别发生多束干涉现象。耦合区1中发生干涉加强的光，在Through端口输出。其余在耦合区1中干涉相消的光，在耦合区2至耦合区N+1中干涉加强，从Drop1至DropN按功率等分输出。
进一步地，在本发明实施例提供的微环谐振器，还可以在波导Arm3上沉积吸收层，可实现偏振不敏感谐振型探测器的功能。其中，吸收层材料为锗、硅、锡的一种或者其组合，III-V族(比如InP、InGaAsP)材料。与现有技术相比，本发明实施例使用的吸收层材料减半，从而噪声减半，所以接收灵敏度可以更高。
进一步地，上述波导的材料可以是锗、硅、锡的一种或者其组合，III-V族(比如InP、InGaAsP)材料，或者氮化硅，或者聚合物。
进一步地，上述波导的截面结构可以是条形的也可以是浅Slab的脊形波导，或者是不同部分使用不同的波导截面结构。
本发明实施例通过采用将PR内置在谐振环路里的方案，不同偏振分开传输的两个波导距离突破谐振器半径的限制，进一步减小了TE、TM通路的距离，从而减小了工艺误差产生的谐振器偏振相关工作波长差异，可以满足对这一指标要求更为严格的场景。其次，通过设计使TE、TM具有相同的工作波长，即使发生偏振转换也不会增加偏振串扰。波导截面形状可以任意设计，而不会需要抑制偏振转换而使用特殊的截面形状。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种微环谐振器，其特征在于，包括：
第一直波导，
第二波导以及第三波导，其中，第二波导和第三波导形成封闭环形波导或者形成未封闭的螺旋状，所述环形或者螺旋状波导与所述第一直波导耦合，
第四波导，所述第四波导呈圆弧状，与所述第三波导耦合，
两个偏振分束器，其中，每一偏振分束器一端与所述第四波导连接，所述每一偏振分束器另一端与所述环形或者螺旋状波导的第二波导相连。
2.根据权利要求1所述的微环谐振器，其特征在于，所述微环谐振器满足以下公式：
Neff(TE)×(L(第二波导)+L(第三波导))＝Neff(TM)×(L(第二波导)+L(第四波导))＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)
其中，Neff用于标识有效折射率，Neff(TE)用于标识横电模TE的有效折射率，Neff(TM)用于标识横磁模TM的有效折射率，L用于标识波导的长度，L(第二波导)用于标识第二波导的长度；m用于标识谐振级次；λ用于标识波长，λ(TE)用于标识横电模TE光的波长；λ(TM)用于标识横磁模TM光的波长。
3.根据权利要求1或2所述的微环谐振器，其特征在于，所述第一直波导为一根、两根或多根。
4.根据权利要求1所述的微环谐振器，其特征在于，所述第二波导、第三波导、第四波导其中之一或者部分或者全部为弯曲波导。
5.根据权利要求1所述的微环谐振器，其特征在于，所述第二波导和第三波导其中之一为直波导。
6.根据权利要求1所述的微环谐振器，其特征在于，还包括微型电极，所述微型电极耦合在所述第三波导和第四波导之间。
7.根据权利要求1所述的微环谐振器，其特征在于，在所述第二波导上沉积有吸收层，所述吸收层材料为锗、硅、锡的一种或者其组合，或者是Ⅲ-Ⅴ族化合物材料。
8.根据权利要求1所述的微环谐振器，其特征在于，所述第一直波导、第二波导、第三波导以及第四波导的截面结构为条形，或者脊型。
9.一种微环谐振器，其特征在于，包括：
第一直波导，
第二波导和第三波导，其中，第二波导和第三波导形成圆弧状，圆弧状波导与所述第一直波导耦合，
偏振合束器，所述偏振合束器与所述圆弧状波导形成封闭环，所述偏振合束器用于将TE偏振的光旋转为TM偏振的光，以及将TM偏振的光旋转为TE偏振的光。
10.根据权利要求9所述的微环谐振器，其特征在于，所述微环谐振器满足以下公式：
Neff(TE)×L(封闭环周长)+neff(TM)×L(封闭环周长)＝m×λ(TE)＝m×λ(TM)
其中，Neff用于标识有效折射率，Neff(TE)用于标识横电模TE的有效折射率，Neff(TM)用于标识横磁模TM的有效折射率，L用于标识波导的长度，L(封闭环周长)用于标识由所述第二波导、第三波导和偏振合束器形成的封闭环的周长，m用于标识谐振级次，λ用于标识波长，λ(TE)用于标识横电模TE光的波长；λ(TM)用于标识横磁模TM光的波长。
11.根据权利要求9或10所述的微环谐振器，其特征在于，所述第一直波导为一根、两根或多根。
12.根据权利要求9所述的微环谐振器，其特征在于，所述第二波导和第三波导其中之一或者全部为弯曲波导。
13.根据权利要求9所述的微环谐振器，其特征在于，所述第二波导和第三波导其中之一为直波导。
14.根据权利要求9所述的微环谐振器，其特征在于，在所述第二波导上沉积有吸收层，所述吸收层材料为锗、硅、锡的一种或者其组合，或者是Ⅲ-Ⅴ族化合物材料。
15.根据权利要求9所述的微环谐振器，其特征在于，所述第一直波导、第二波导、第三波导的截面结构为条形，或者脊型。
CN201480011378.XA 2014-12-11 2014-12-11 一种微环谐振器 Active CN106461869B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2014/093612 WO2016090610A1 (zh) 2014-12-11 2014-12-11 一种微环谐振器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106461869A CN106461869A (zh) 2017-02-22
CN106461869B true CN106461869B (zh) 2020-03-10

Family

ID=56106478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480011378.XA Active CN106461869B (zh) 2014-12-11 2014-12-11 一种微环谐振器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10359568B2 (zh)
EP (1) EP3223048B1 (zh)
CN (1) CN106461869B (zh)
WO (1) WO2016090610A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108873174B (zh) * 2017-05-11 2019-11-29 华为技术有限公司 一种偏振无关的光器件
US11256031B2 (en) * 2017-06-26 2022-02-22 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Resonance-free light recycling in waveguides
CN108873178A (zh) * 2018-07-02 2018-11-23 浙江大学 基于微环谐振器和马赫-曾德尔调制器的波长切换无中断光学路由器
WO2021224240A1 (en) * 2020-05-04 2021-11-11 Danmarks Tekniske Universitet Polarization selective resonator
CN113050220A (zh) * 2021-03-15 2021-06-29 中国科学院微电子研究所 一种渐变弯曲波导器件
US11631431B2 (en) 2021-07-02 2023-04-18 Seagate Technology Llc Analog optical link for a moveable actuator in a data storage system
WO2023162181A1 (ja) * 2022-02-25 2023-08-31 日本電信電話株式会社 光リング変調器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0943558A (ja) * 1995-07-27 1997-02-14 Hitachi Cable Ltd 導波路型偏光コンペンセータ並びにそれを用いた導波路型リング共振器および導波路型マッハツェンダ干渉計
CN101840028A (zh) * 2010-04-07 2010-09-22 中国科学院半导体研究所 基于微环谐振器的集成化可重构光插分复用器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7505648B2 (en) * 2006-11-29 2009-03-17 Universiteit Twente Device comprising a polarization-independent micro-resonator
US8452185B2 (en) 2007-12-21 2013-05-28 Infinera Corporation Polarization insensitive optical circuit
CN101726801B (zh) * 2008-10-28 2011-11-02 华为技术有限公司 一种光开关装置的控制方法和光开关装置
WO2011098130A1 (en) * 2010-02-11 2011-08-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus and method for guiding optical waves
CN101866066A (zh) * 2010-05-28 2010-10-20 浙江大学 一种相变材料辅助的基于微环的光波导开关
US8837877B2 (en) * 2011-08-11 2014-09-16 Massachusetts Institute Of Technology Patterned non-reciprocal optical resonator
US9746747B2 (en) * 2013-08-30 2017-08-29 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Optical switch, optical switch apparatus and node, and communication network
CN103986671B (zh) * 2014-05-20 2017-02-15 上海交通大学 基于嵌套式硅基微环谐振腔的无阻塞2×2光交换节点

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0943558A (ja) * 1995-07-27 1997-02-14 Hitachi Cable Ltd 導波路型偏光コンペンセータ並びにそれを用いた導波路型リング共振器および導波路型マッハツェンダ干渉計
CN101840028A (zh) * 2010-04-07 2010-09-22 中国科学院半导体研究所 基于微环谐振器的集成化可重构光插分复用器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Voltage Controlled Polarization Rotation from Berry"s;Qiang Xu et al.;《2014 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) - Laser Science to Photonic Applications,Optical Society of America》;20140608;1-2 *
基于耦合模理论的微环谐振器模型研究;余小燕;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20080815(第8期);2-3 *
硅基微环传感器及其超高灵敏度传感应用研究;胡菁;《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20130915(第9期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
US10359568B2 (en) 2019-07-23
WO2016090610A1 (zh) 2016-06-16
EP3223048A4 (en) 2017-11-29
EP3223048A1 (en) 2017-09-27
EP3223048B1 (en) 2020-02-05
US20170276873A1 (en) 2017-09-28
CN106461869A (zh) 2017-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106461869B (zh) 一种微环谐振器
EP3080662B1 (en) Parallel and wdm silicon photonics integration in information and communications technology systems
Zhang et al. Simple and compact V-cavity semiconductor laser with 50× 100 GHz wavelength tuning
US9419405B2 (en) Unidirectional ring lasers
Srinivasan et al. Coupled-ring-resonator-mirror-based heterogeneous III–V silicon tunable laser
JP2015522180A5 (zh)
US7602831B2 (en) Semiconductor laser device having an insulation region
CN107870397B (zh) 波长选择性光开关
Zheng et al. Power-efficient calibration and reconfiguration for optical network-on-chip
CN107976738A (zh) 基于光子晶体和纳米线波导的波分模分混合复用器
US9343869B1 (en) Mode-hop tolerant semiconductor laser design
Jiang et al. Narrow-linewidth thermally tuned multi-channel interference laser integrated with a SOA and spot size converter
JP6388502B2 (ja) 光素子、光送信装置及び光受信装置
Takada et al. 5 GHz-spaced 4200-channel two-stage tandem demultiplexer for ultra-multi-wavelength light source using supercontinuum generation
Larioui et al. Conventional band demultiplexer with high quality factor and transmission power based on four optimized shaped photonic crystal resonators
JP2010212472A (ja) 波長可変光源およびその発振波長の調整方法
Gu et al. Ultra-high channel-count wavelength demultiplexer based on a Bragg reflector waveguide with large angular dispersion
Yoon et al. Ring-resonator-integrated tunable external cavity laser employing EAM and SOA
Kikuchi et al. High-responsivity of InP-based photodiodes integrated with 90° hybrid by low excess loss MMI design over wide wavelength range
CN1372734A (zh) 可调谐的光滤波器
JP2009294464A (ja) リング共振器
KR100346777B1 (ko) 위상-고리형광도파로를이용한광공진기필터구조
GB2620730A (en) Single-photon emitter using frequency comb
Al Qubaisi et al. Photonic resonators with microring-like behavior based on standing wave cavity pairs with opposite-symmetry modes
Lazaro et al. Graphene enabled silicon ring resonators for photonic network-on-chip

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant