CN110149153B - 光调制器、调制方法及光调制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光调制器、调制方法及光调制系统，属于通信技术领域。光调制器包括：第一PR，用于接收第一偏振模式的光波，并将第一偏振模式的光波转换为第一偏振模式的第一子光波与第二偏振模式的第二子光波；相位调制器，用于调制复合偏振模式的光波，调制后的复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第三子光波与第二偏振模式的第四子光波；第二PR，用于将调制后的复合偏振模式的光波中的第二偏振模式的第四子光波转换为第一偏振模式的第五子光波。由于需要一个相位调制器和两个PR便可以实现对光波的强度调制，而该PR的尺寸通常较小，因此该光调制器的尺寸较小。

Description

光调制器、调制方法及光调制系统

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种光调制器、调制方法及光调制系统。

背景技术

光纤通信因其具有通信容量大和频带宽等优点，已经成为现代信息传输的重要方式，若要实现光纤通信，必须将电信号加载到光波上，此时就需要进行光调制。其中，光调制可以分为直接调制和外调制，采用光调制器进行光调制是一种外调制，与直接调制相比，光调制器带宽高且啁啾(是指随时间变化的相位)小，是光纤通信和微波光子技术等方面的关键器件。

目前，在外调制的过程中，主要使用马赫增德尔(Mach-Zehnder，MZ)调制器，该MZ调制器具有两个调制臂，该MZ调制器输入的光波被均匀的分配到该两个调制臂中进行传播，每个调制臂能够对其所传播的光波进行相位调制，使得两个调制臂中传播的光波具有相位差，进而使得从MZ调制器出射前，两个具有相位差的光波能够产生干涉，从而实现对光的强度调制。

但是，由于MZ调制器中需要两个调制臂才可以实现对光波的强度调制，因此MZ调制器的尺寸较大。

发明内容

本申请提供了一种光调制器、调制方法及光调制系统，可以解决相关技术中MZ调制器的尺寸较大的问题。所述技术方案如下：

第一方面，本申请示例性实施例提供了一种光调制器，包括：

第一偏振旋转器PR，用于接收第一偏振模式的光波，并将所述第一偏振模式的光波转换为复合偏振模式的光波，所述复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第一子光波与第二偏振模式的第二子光波；

相位调制器，用于接收从第一PR输出的所述复合偏振模式的光波，并调制所述复合偏振模式的光波得到调制后的复合偏振模式的光波，所述调制后的复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第三子光波与第二偏振模式的第四子光波；

第二PR，用于接收从所述相位调制器输出的调制后的复合偏振模式的光波，并将所述调制后的复合偏振模式的光波中的第二偏振模式的第四子光波转换为第一偏振模式的第五子光波，并将所述第三子光波与所述第五子光波叠加输出以得到第一偏振模式的目标光波。

本申请实施例提供的光调制器，由于需要一个相位调制器和两个PR便可以实现对光波的强度调制，而该PR的尺寸通常较小，因此该光调制器的尺寸较小，并且，在第三子光波与第五子光波叠加输出时，第三子光波与第五子光波会发生干涉，从而实现对光波的强度调制，因此该光调制器是通过干涉原理实现调制的，其不受外部温度的影响，该光调制器的稳定性较好。

可选的，所述第一偏振模式与所述第二偏振模式分别为横向电场TE模式和横向磁场TM模式中的一个。

可选的，所述第三子光波的相位与所述第四子光波的相位差在[0，360]度的范围内。当第三子光波的相位与第四子光波的相位差在[0，360]度的范围内时，可以实现从光调制器输出的光波的强度为最大强度到最小强度之间的强度。

可选的，所述第三子光波与所述第五子光波的能量相同。这样在将具有相位差的两种第一偏振模式的子光波叠加输出时，更好的产生干涉。

可选的，所述第一PR包括：第一输入端、第一偏振旋转区和第一输出端，所述第一输入端、所述第一偏振旋转区和所述第一输出端依次连接，所述第一输入端与所述第一输出端均为矩形波导，所述第一偏振旋转区为L形波导；

其中，所述第一偏振旋转区的长度d1满足第一长度计算公式，所述第一长度计算公式为：

d1＝k×a，

所述a为所述复合偏振模式的光波中第一偏振模式的第一子光波的能量与第二偏振模式的第二子光波的能量的比例，所述k为参考偏振旋转区的长度，所述参考偏振旋转区为用于实现将第一偏振模式的光波全部转换为第二偏振模式的光波的偏振旋转区。

可选的，所述第二PR包括：第二输入端、第二偏振旋转区和第二输出端，所述第二输入端、所述第二偏振旋转区和所述第二输出端依次连接，所述第二输入端与所述第二输出端均为矩形波导，所述第二偏振旋转区为L形波导；

其中，所述第二偏振旋转区的长度d2满足第二长度计算公式，所述第二长度计算公式为：

d2＝k×(1－a)+k，

所述a为所述复合偏振模式的光波中第一偏振模式的第一子光波的能量与第二偏振模式的第二子光波的能量的比例，所述k为参考偏振旋转区的长度，所述参考偏振旋转区为用于实现将第一偏振模式的光波全部转换为第二偏振模式的光波的偏振旋转区。

通过复合偏振模式的光波中第一偏振模式的第一子光波的能量与第二偏振模式的第二子光波的能量的比例，可以计算出第一偏振旋转区与第二偏振旋转区的长度，从而保证从第二PR输出的具有相位差的两种第一偏振模式的子光波的能量相同。

可选的，所述相位调制器包括：调制器波导和两个电极；

所述调制器波导包括：P掺杂区和N掺杂区，所述两个电极分别与所述P掺杂区和所述N掺杂区连接；

其中，所述调制器波导用于接收所述从第一PR输出的所述复合偏振模式的光波，并在所述两个电极上加载电压时，基于所述电压的强度调制所述复合偏振模式的光波得到调制后的复合偏振模式的光波。

可选的，所述相位调制器包括：调制器波导和两个电极；

所述调制器波导包括：P掺杂区、N掺杂区和本征区，所述P掺杂区与所述N掺杂区位于所述本征区两侧，所述两个电极分别与所述P掺杂区和所述N掺杂区连接；

其中，所述调制器波导用于接收所述从第一PR输出的所述复合偏振模式的光波，并在所述两个电极上加载电压时，基于所述电压的强度调制所述复合偏振模式的光波得到调制后的复合偏振模式的光波。

可选的，在所述两个电极上加载半波电压时，所述第三子光波与所述第四子光波的相位差为180度。

可选的，所述第一PR、所述相位调制器和所述第二PR均是由半导体衬底制成，所述半导体衬底包括：底半导体层、埋氧化层和顶半导体层。

第二方面，提供了一种光调制系统，包括：激光器、偏振控制器和光调制器，所述光调制器为第一方面所述的光调制器；

其中，所述偏振控制器用于将所述激光器发射的光波转换所述第一偏振模式的光波，并向所述光调制器输入所述第一偏振模式的光波。

第三方面，提供了一种调制方法，应用于光调制器，所述方法包括：

接收第一偏振模式的光波；

将所述第一偏振模式的光波转换为复合偏振模式的光波，所述复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第一子光波与第二偏振模式的第二子光波；

调制所述复合偏振模式的光波得到调制后的复合偏振模式的光波，所述调制后的复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第三子光波与第二偏振模式的第四子光波；

将所述调制后的复合偏振模式的光波中的第二偏振模式的第四子光波转换为第一偏振模式的第五子光波；

将所述第三子光波与所述第五子光波叠加输出以得到第一偏振模式的目标光波。

可选的，所述第一偏振模式与所述第二偏振模式分别为TE模式和TM模式中的一个。

可选的，所述第三子光波的相位与所述第四子光波的相位差在[0，360]度的范围内。需要说明的是，第三方面中调制方法的原理，可以参考第一方面光调制器结构的对应部分，本申请在此不再赘述。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本申请实施例提供的光调制器、调制方法及光调制系统，该光调制器可以包括：第一PR、相位调制器和第二PR，该相位调制器可以接收从第一PR输出的两种振模式的子光波，并在该相位调制器上加载电压时，两种偏振模式的子光波的相位变化量不同，实现了两种偏振模式的子光波的相位差在[0，360]度的范围内的调制，再经过第二PR后，可以将第二偏正模式的子光波再次转换为第一模式的光波，此时，具有相位差的两种第一偏振模式的子光波产生干涉，进而可以输出第一偏振模式的目标光波，该目标光波为进行光调制后的光波。因此，该光调制器需要一个相位调制器和两个PR便可以实现对光波的强度调制，而该PR的尺寸通常较小，因此该光调制器的尺寸较小，并且，在第三子光波与第五子光波叠加输出时，第三子光波与第五子光波会发生干涉，从而实现对光波的强度调制，因此该光调制器是通过干涉原理实现调制的，其不受外部温度的影响，该光调制器的稳定性较好。

附图说明

图1是相关技术提供的一种MZ调制器的结构示意图；

图2是本申请示意性实施例提供的一种光调制器的框图；

图3是一种用于将TE模式的光波全部转换为TM模式的光波的PR的结构示意图；

图4是一种PR中两种偏振模式的光波随着偏振旋转区的长度变化而改变的仿真模拟图；

图5A是本申请示意性实施例提供的一种相位调制器的结构示意图；

图5B是本申请示意性实施例提供的另一种相位调制器的结构示意图；

图6是本申请示意性实施例提供的一种两种偏振模式的Vd与Vpi*L关系曲线图；

图7是本申请示意性实施例提供的一种半导体衬底的结构示意图；

图8是本申请示意性实施例提供的一种光调制器的制造方法的流程图；

图9是本申请示意性实施例提供的一种光调制系统的框图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，图1是相关技术提供的一种MZ调制器的结构示意图，输入光波经过一个多模干涉器(Multi-mode interference，MMI)01被均匀的分成两路光波，每路光波在对应的一个调制臂02上传播，两个调制臂02相互平行，且长度相等，在两路光波经过另一个MMI01后重新组合，重新组合输出的光波，即为调制后的光波，实际使用时，MZ调制器中的MMI还可以由功率分束器(power splitter，PS)替代。光波在两个调制臂02传播的过程中，如果电极03上不加载电压，则在输出端以同相位相加产生相长干涉，此时获取最大强度的传输光；如果电极03上加载一个合适的电压，在调制臂02的折射率发生变化，使得两束光之间产生180度相位差，输出端发生相消干涉，此时获取最小强度的传输光。因此，该MZ调制器中需要两个调制臂才可以实现对光波的强度调制，该MZ调制器的尺寸较大。

在相关技术中，还提供了一种微环谐振器，由于微环谐振器的尺寸较小，可以采用微环谐振器代替MZ调制器，从而克服MZ调制器的尺寸较大的问题。但是，微环谐振器在对光波进行调制的过程中，容易受到外部温度的影响，因此该微环谐振器的稳定性较差。

请参考图2，图2是本申请示意性实施例提供的一种光调制器的框图，该光调制可以包括：第一偏振旋转器(英文：Polarization rotator；简称：PR)10、相位调制器20和第二PR30，该第一PR10、相位调制器20和第二PR30依次连接。

该第一PR10，用于接收第一偏振模式的光波，并将第一偏振模式的光波转换为复合偏振模式的光波，该复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第一子光波与第二偏振模式的第二子光波。其中，第一偏振模式与第二偏振模式分别为横向电场(Transverseelectric；TE)模式和横向磁场(Transverse magnetic；TM)模式中的一个。对于TE模式的光波，光波的电场分量与该光波传播方向垂直，即在光波传播方向上没有电场分量；对于TM模式的光波，光波的磁场分量与该光波的传播方向垂直，即在光波传播方向上没有磁场分量。该第一PR10可以包括第一偏振旋转区，该第一偏振旋转区为L形波导，第一偏振模式的光波能够在L形波导中发生模式杂化，从而在光波从该第一偏振旋转区末端输出后，可以将第一偏振模式的光波转换为复合偏振模式的光波。

该相位调制器20，用于接收从第一PR10输出的复合偏振模式的光波，并调制复合偏振模式的光波得到调制后的复合偏振模式的光波，该调制后的复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第三子光波与第二偏振模式的第四子光波。在本申请实施例中，当该相位调制器20上加载电压时，该相位调制器20中传播的两种偏振模式的子光波的相位变化量不同，因此，经过相位调制器20后，该第三子光波与第四子光波的相位可以不同。

该第二PR30，用于接收从相位调制器输出的调制后的复合偏振模式的光波，并将调制后的复合偏振模式的光波中的第二偏振模式的第四子光波转换为第一偏振模式的第五子光波，并将所述第三子光波与所述第五子光波叠加输出以得到第一偏振模式的目标光波。需要说明的是，该第四子光波与第五子光波的相位相同，该第四子光波与第三子光波的相位不同，因此该第五子光波与第三子光波为偏振模式相同但具有相位差的两种光波，在该第三子光波与第五子光波叠加输出时，两者会产生干涉，所得到的第一偏振模式的目标光波即为两者干涉的结果。该第一偏振模式的目标光波也即是光调制器对所接收的第一偏振模式的光波(即上述第一PR10所接收的第一偏振模式的光波)进行强度调制后的光波。该第二PR20可以包括第二偏振旋转区，该第二偏振旋转区为L形波导，第二偏振模式的第四子光波能够在L形波导中发生模式杂化，从而在光波从该第二偏振旋转区末端输出后，可以将第二偏振模式的第四子光波转换为第一偏振模式的第五子光波。

本申请实施例提供的光调制器，由于需要一个相位调制器和两个PR便可以实现对光波的强度调制，而该PR的尺寸通常较小，因此该光调制器的尺寸较小，并且，在第三子光波与第五子光波叠加输出时，第三子光波与第五子光波会发生干涉，从而实现对光波的强度调制，因此该光调制器是通过干涉原理实现调制的，其不受外部温度的影响，该光调制器的稳定性较好。

为了得到从该光调制器输出的光波的强度为最大强度到最小强度之间的强度，在相位调制器20中，需要保证第三子光波的相位与第四子光波的相位差在[0，360]度的范围内，示例的，当相位差为0度时，可以得到最大强度的光波；当相位差为180度时，可以得到最小强度的光波；当相位差为360度时，也可以得到最大强度的光波。实际应用中，由于当第三子光波的相位与第四子光波的相位差从0度到180度逐渐增大时，光调制器输出的光波可以从最大强度的光波变换为最小强度的光波，因此，通常需保证相位调制器20中的第三子光波的相位与第四子光波的相位差在[0，180]度的范围内，便可以得到从该光调制器输出的光波的强度为最大强度到最小强度之间的强度。

请参考图3，图3是一种用于将TE模式的光波全部转换为TM模式的光波的PR的结构示意图，该PR可以包括：输入端001、输出端002和偏振旋转区003，该输入端001、偏振旋转区003和输出端002依次连接，该输入端001与输出端002可以均为矩形波导，偏振旋转区003可以为L形波导。当TE模式的光波从输入端001输入，且传输到偏振旋转区003时，由于矩形波导变成L形的非对称的波导，TE模式的光波发生模式杂化，TE模式的光波在偏振旋转区003末端全部转换成TM模式的光波，将该TM模式的光波从输出端002输出。若TE模式的光波在偏振旋转区003末端全部转换成TM模式的光波后，再经过相同长度的偏振旋转区，TM模式的光波又会重新转换为TE模式的光波。若TE模式的光波传输至偏振旋转区003的中间位置便输出，此时，可以输出具有TE模式的子光波和TM模式的子光波的复合光波模式。

因此，偏振旋转区003的长度可以决定输出的TE模式的光波的能量与TM模式的光波的能量占比。示例的，请参考图4，图4是一种PR中两种偏振模式的光波随着偏振旋转区的长度变化而改变的仿真模拟图。随着偏振旋转区的长度x的增加，TE模式的光波的能量逐渐减小至零，而TM模式的光波的能量逐渐从零逐渐增大。

在本申请的一个实施例中，第一PR可以包括：第一输入端、第一偏振旋转区和第一输出端，第一输入端、第一偏振旋转区和第一输出端依次连接，第一输入端与第一输出端均为矩形波导，第一偏振旋转区为L形波导。

在本申请的一个实施例中，第二PR可以包括：第二输入端、第二偏振旋转区和第二输出端，第二输入端、第二偏振旋转区和第二输出端依次连接，第二输入端与第二输出端均为矩形波导，第二偏振旋转区为L形波导。

需要说明的是，该第一PR与第二PR的结构均可以与图3示出的PR的结构类似，但是，该第一PR中的第一偏振旋转区的长度和第二PR中的第二偏振旋转区的长度以及图3示出的PR中的偏振旋转区的长度均不相同。

实际应用中，为了便于从第二PR输出的具有相位差的两种第一偏振模式的子光波(也即为第三子光波与第五子光波)产生干涉，需要保证该具有相位差的两种第一偏振模式的子光波的能量相同。若本申请实施例提供的光调制器传播光波时没有能量损耗，则从第一PR输出的第一偏振模式的第一子光波与第二偏振模式的第二子光波的能量相同，第二偏正旋转区的长度为第一偏振旋转区长度的3倍。但是，通常情况下，光波在光调制器中传播均会产生能量损耗，为了保证从第二PR输出的具有相位差的两种第一偏振模式的子光波的能量相同，从第一PR输出的第一偏振模式的第一子光波与第二偏振模式的第二子光波的能量需要满足一定比例，根据该比例可以计算出第一偏振旋转区的长度以及第二偏振旋转区的长度。

示例的，该第一偏振旋转区的长度d1满足第一长度计算公式，第一长度计算公式为：

d1＝k×a。

该第二偏振旋转区的长度d2满足第二长度计算公式，第二长度计算公式为：

d2＝k×(1－a)+k。

其中，a为第一PR输出后的复合偏振模式的光波中第一偏振模式的第一子光波的能量与第二偏振模式的第二子光波的能量的比例，k为参考偏振旋转区的长度，该参考偏振旋转区用于将第一偏振模式的光波全部转换为第二偏振模式的光波。该参考偏振旋转区为用于实现将第一偏振模式的光波全部转换为第二偏振模式的光波的偏振旋转区，例如，该参考偏振旋转区的长度可以为图3中的PR的偏振旋转区003的长度。

例如，假设第一PR中能量损耗为0，第二PR中的能量损耗为0，第一模式的子光波在相位调制器中的能量损耗为0.4，第二模式的子光波在相位调制器中的能量损耗为0.6，从第一PR输出后的第一偏振模式的第一子光波的能量与第二偏振模式的第二子光波的能量的比例为a，则存在以下等式：

(1-a)×(1-0.4)＝a×(1-0.6)，则可以计算出a＝0.6。

此时，可以分别计算出第一偏振旋转区与第二偏振旋转区的长度，在采用该第一偏振旋转区与第二偏振旋转区的长度设计第一PR与第二PR时，从第二PR输出的第三子光波与第五子光波的能量相同，从而使得该具有相位差的两种第一偏振模式的子光波可以更容易产生干涉。

本申请实施例提供的光调制器中的相位调制器是利用载流子的色散效应实现光调制的，该载流子的色散效应是指一种间接的电光效应，利用载流子的变化引起吸收系数和折射率的变化，由于相位调制器中传播了两种偏振模式的子光波，相位调制器中的折射率的变化对于两种偏振模式的子光波的相位变化不同，因此，该相位调制器可以实现第一偏振模式的第三子光波与第二偏振模式的第四子光波的相位差在[0，180]度的范围内，通过干涉能实现强度的调制。

实际应用中，利用载流子的色散效应实现光调制的相位调制器的结构有多种可实现方式，本申请实施例以以下两种可实现方式为例进行示意性说明:

在第一种可实现方式中，请参考图5A，图5A是本申请示意性实施例提供的一种相位调制器20的结构示意图，该相位调制器可以包括：调制器波导21和两个电极22。该调制器波导21可以包括：P掺杂区21a和N掺杂区21b，该两个电极22分别与P掺杂区21a和N掺杂区21b连接。此时，该相位调制器20的结构为PN结，该PN结的工作原理为在两个电极22上加载反向偏置电压，引起耗尽层的宽度变化，从而引起多数载流子变化来获得折射率变化，使得光波的相位受到调制。

在第二种可实现方式中，请参考图5B，图5B是本申请示意性实施例提供的另一种相位调制器20的结构示意图，该相位调制器可以包括：调制器波导21和两个电极22。该调制器波导21可以包括：P掺杂区21a、N掺杂区21b和本征区21c，该两个电极22分别与P掺杂区21a和N掺杂区21b连接。此时，该相位调制器20的结构为PIN结，该PIN结的工作原理为P掺杂区21a和N掺杂区21b的电流注入会改变本征区21c的自由载流子的浓度，从而改变本征区21c的有效折射率，使得光波的相位受到调制。

在第一种可实现方式与第二种可实现方式中的调制器波导21均用于接收从第一PR输出的复合偏振模式的光波，并在两个电极22上加载电压时，基于该电压的强度调制复合偏振模式的光波得到调制后的复合偏振模式的光波，使得第三子光波与第四子光波的相位差在[0，360]度范围内。

需要说明的是，图5A与图5B示出的相位调制器中的调制器波导21均可以为脊形波导。由于本申请实施例提供的光调制器需要一个调制器波导，因此减少了载流子色散效应引起的能量损耗。进一步的，本发明实施例提供给的光调制相对于相关技术中的MZ调制器可以适当增的大调制器波导的宽度，进而可以减小调制器波导中由于侧壁粗糙度造成的能量损耗，从而有效降低了光波传输过程中能量的损耗。

在本申请实施例中，若相位调制器的结构为PN结，耗尽层的变化量会随着偏置电压的增大而减小，因此，偏置电压越大，调制效率越低。该调制效率通常是由半波电压的大小以及相位调制器中调制器波导的长度决定的，若调制效率越低，则半波电压与调制器波导的长度的乘积越大，该半波电压为在波导中的光波发生180度相位变化所需要加载的电压。通常偏置电压可以用Vd表示，单位为：V(伏)；半波电压可以用Vpi表示，单位为：V；半波电压与调制器波导的长度的乘积可以用Vpi*L表示，单位为：V*cm(伏*厘米)。

示例的，请参考图6，图6是本申请示意性实施例提供的一种两种偏振模式的Vd与Vpi*L关系曲线图，当偏置电压Vd越大，调制效率越低，则Vpi*L的值越大。根据图6的示出的曲线可以计算出相位调制器中两个电极所加载的半波电压，例如，当偏振电压Vd＝﹣1V时，TE模式的光波对应Vpi*L的值为1.5V*cm，TM模式的光波对应的Vpi*L的值为3.5V*cm，则TE模式的光波与TM模式的光波对应的Vpi*L的差值为2V*cm，若相位调制器中的调制器波导的长度为0.5cm，则对应的半波电压Vpi＝4V，此时，当相位调制器中两个电极所加载的半波电压为4V时，可以实现相位调制器中的第三子光波与第四子光波的相位差180度的范围内的调制。

可选的，第一PR、相位调制器和第二PR均是由半导体衬底制成，通常情况下，该半导体衬底为绝缘体上的硅(Silicon-On-Insulator；SOI)衬底，示例的，请参考图7，图7是本申请示意性实施例提供的一种半导体衬底的结构示意图，该半导体衬底包括：底半导体层1、埋氧化层2和顶半导体层3，该顶半导体层3用于制造第一PR、相位调制器和第二PR中波导结构。

例如，第一PR与第二PR的结构可以参考图3，图3中的波导结构(即输入端001、输出端002和偏振旋转区003)是由位于底半导体层1和埋氧化层2上的顶半导体层制成；如图5A和5B所示，相位调制器20中的调制器波导21也是由位于底半导体层1和埋氧化层2上的顶半导体层制成。

综上所述，本申请实施例提供的光调制器，可以包括：第一PR、相位调制器和第二PR，该相位调制器可以接收从第一PR输出的两种振模式的子光波，并在该相位调制器上加载电压时，两种偏振模式的子光波的相位变化量不同，实现了两种偏振模式的子光波的相位差在[0，360]度的范围内的调制，再经过第二PR后，可以将第二偏正模式的子光波再次转换为第一模式的光波，此时，具有相位差的两种第一偏振模式的子光波产生干涉，进而可以输出第一偏振模式的目标光波，该目标光波为进行光调制后的光波。因此，该光调制器需要一个相位调制器和两个PR便可以实现对光波的强度调制，而该PR的尺寸通常较小，因此该光调制器的尺寸较小，并且，在第三子光波与第五子光波叠加输出时，第三子光波与第五子光波会发生干涉，从而实现对光波的强度调制，因此该光调制器是通过干涉原理实现调制的，其不受外部温度的影响，该光调制器的稳定性较好。

本申请实施例还提供一种光调制器的制造方法，请参考图8，图8是本申请示意性实施例提供的一种光调制器的制造方法的流程图，该方法用于制造图2示出的光调制器，该光调制器的制造方法可以包括：

步骤801、提供一种衬底。

在本申请实施例中，该衬底可以为半导体衬底，该半导体衬底可以为SOI衬底，该半导体衬底包括：依次叠加设置的底半导体层、埋氧化层和顶半导体层。示例的，该半导体衬底可以为SOI衬底，该SOI衬底包括：依次叠加设置的底硅层、二氧化硅和顶硅层。

步骤802、对顶半导体层进行半导体工艺处理以形成：第一输入端、第一偏振旋转区、第一输出端、调制器波导、第二输入端、第二偏振旋转区和第二输出端。

其中，第一输入端、第一偏振旋转区和第一输出端构成第一PR，调制器波导和两个电极构成相位调制器，第二输入端、第二偏振旋转区和第二输出端构成第二PR。

示例的，可以在顶半导体层上涂覆一层光刻胶，通过掩膜版对该光刻胶进行曝光处理，并对曝光处理后的光刻胶进行显影处理，从而可以形成光刻胶图案，该光刻胶图案可以包括：透光区域与非透光区域，对透光区域的对应的顶半导体层进行刻蚀处理，在刻蚀处理后，剥离光刻胶图案，该过程通常称为一次构图工艺，通过多次构图工艺可以实现对顶半导体层进行半导体工艺处理，从而形成第一输入端、第一偏振旋转区、第一输出端、调制器波导、第二输入端、第二偏振旋转区和第二输出端。

实际应用中，第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端可以通过一次构图工艺形成，第一偏振旋转区域第二偏振旋转区可以通过一次构图工艺形成，调制器波导可以通过一次构图工艺形成。

步骤803、对调制器波导进行掺杂。

在本申请实施例中，对调制器波导进行掺杂可以形成PN结或者PIN结。示例的，可以对通过半导体工艺处理后的顶半导体层涂覆一层光刻胶，通过曝光处理以及显影处理形成光刻胶图案，该光刻胶图案中的透光区域对应的顶半导体层即为待掺杂区，对该待掺杂区进行掺杂，最后剥离光刻胶图案，进而可以在调制器波导中形成P掺杂区。采用相同的原理可以在调制器波导形成N掺杂区。需要说明的是，PIN结中的本征区为不进行掺杂的区域。

步骤804、在调制器波导上形成两个电极。

在本申请实施例中，该两个电极需要分别与P掺杂区和N掺杂区连接。示例的，可以在进行掺杂的顶半导体层上形成金属层，该金属层的材质可以为铝、铜、钼或合金等材质。对该金属层进行一次构图工艺以形成两个电极，该一次构图工艺可以包括：光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀和光刻胶剥离。

本申请实施例还提供了一种光调制系统，请参考图9，图9是本申请示意性实施例提供的一种光调制系统的框图，该光调制系统可以包括：激光器100、偏振控制器200和光调制器300，该光调制器300可以为图2示出的光调制器。

其中，该偏振控制器200用于将激光器100发射的光波转换第一偏振模式的光波，并向光调制器300输入该第一偏振模式的光波。

本申请实施例还提供一种调制方法，该方法应用于光调制器，该光调制器可以为图2示出的光调制器。该方法可以包括：

步骤A1、接收第一偏振模式的光波。

步骤A2、将第一偏振模式的光波转换为复合偏振模式的光波，复合偏振模式的光波包括：第一偏振模式的第一子光波与第二偏振模式的第二子光波。

步骤A3、调制复合偏振模式的光波得到调制后的复合偏振模式的光波，该调制后的复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第三子光波与第二偏振模式的第四子光波，该第三子光波与第四子光波的相位差在[0，360]度的范围内。

步骤A4、将调制后的复合偏振模式的光波中的第二偏振模式的第四子光波转换为第一偏振模式的第五子光波。

步骤A5、将第三子光波与第五子光波叠加输出以得到第一偏振模式的目标光波。

其中，第一偏振模式与第二偏振模式分别为TE模式和TM模式中的一个。

需要说明的是，本申请实施例提供的调制方法的原理，可以参考前述光调制器结构的实施例中的对应部分，本申请实施例在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种光调制器，其特征在于，包括：

第一偏振旋转器PR，用于接收第一偏振模式的光波，并将所述第一偏振模式的光波转换为复合偏振模式的光波，所述复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第一子光波与第二偏振模式的第二子光波；

相位调制器，用于接收从第一PR输出的所述复合偏振模式的光波，并调制所述复合偏振模式的光波得到调制后的复合偏振模式的光波，所述调制后的复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第三子光波与第二偏振模式的第四子光波；

第二PR，用于接收从所述相位调制器输出的调制后的复合偏振模式的光波，并将所述调制后的复合偏振模式的光波中的第二偏振模式的第四子光波转换为第一偏振模式的第五子光波，并将所述第三子光波与所述第五子光波叠加输出以得到第一偏振模式的目标光波。

2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，所述第一偏振模式与所述第二偏振模式分别为横向电场TE模式和横向磁场TM模式中的一个。

3.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，所述第三子光波的相位与所述第四子光波的相位差在[0，360]度的范围内。

4.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，所述第三子光波与所述第五子光波的能量相同。

5.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，

所述第一PR包括：第一输入端、第一偏振旋转区和第一输出端，所述第一输入端、所述第一偏振旋转区和所述第一输出端依次连接，所述第一输入端与所述第一输出端均为矩形波导，所述第一偏振旋转区为L形波导；

其中，所述第一偏振旋转区的长度d1满足第一长度计算公式，所述第一长度计算公式为：

d1＝k×a，

所述a为所述复合偏振模式的光波中第一偏振模式的第一子光波的能量与第二偏振模式的第二子光波的能量的比例，所述k为参考偏振旋转区的长度，所述参考偏振旋转区为用于实现将第一偏振模式的光波全部转换为第二偏振模式的光波的偏振旋转区。

6.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，

所述第二PR包括：第二输入端、第二偏振旋转区和第二输出端，所述第二输入端、所述第二偏振旋转区和所述第二输出端依次连接，所述第二输入端与所述第二输出端均为矩形波导，所述第二偏振旋转区为L形波导；

其中，所述第二偏振旋转区的长度d2满足第二长度计算公式，所述第二长度计算公式为：

d2＝k×(1－a)+k，

所述a为所述复合偏振模式的光波中第一偏振模式的第一子光波的能量与第二偏振模式的第二子光波的能量的比例，所述k为参考偏振旋转区的长度，所述参考偏振旋转区为用于实现将第一偏振模式的光波全部转换为第二偏振模式的光波的偏振旋转区。

7.根据权利要求1至6任一所述的光调制器，其特征在于，

所述相位调制器包括：调制器波导和两个电极；

所述调制器波导包括：P掺杂区和N掺杂区，所述两个电极分别与所述P掺杂区和所述N掺杂区连接；

其中，所述调制器波导用于接收所述从第一PR输出的所述复合偏振模式的光波，并在所述两个电极上加载电压时，基于所述电压的强度调制所述复合偏振模式的光波得到调制后的复合偏振模式的光波。

8.根据权利要求1至6任一所述的光调制器，其特征在于，

所述相位调制器包括：调制器波导和两个电极；

所述调制器波导包括：P掺杂区、N掺杂区和本征区，所述P掺杂区与所述N掺杂区位于所述本征区两侧，所述两个电极分别与所述P掺杂区和所述N掺杂区连接；

其中，所述调制器波导用于接收所述从第一PR输出的所述复合偏振模式的光波，并在所述两个电极上加载电压时，基于所述电压的强度调制所述复合偏振模式的光波得到调制后的复合偏振模式的光波。

9.根据权利要求7所述的光调制器，其特征在于，

在所述两个电极上加载半波电压时，所述第三子光波与所述第四子光波的相位差为180度。

10.根据权利要求8所述的光调制器，其特征在于，

在所述两个电极上加载半波电压时，所述第三子光波与所述第四子光波的相位差为180度。

11.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，

所述第一PR、所述相位调制器和所述第二PR均是由半导体衬底制成，所述半导体衬底包括：底半导体层、埋氧化层和顶半导体层。

12.一种光调制系统，其特征在于，包括：激光器、偏振控制器和光调制器，所述光调制器为权利要求1至11任一所述的光调制器；

其中，所述偏振控制器用于将所述激光器发射的光波转换为所述第一偏振模式的光波，并向所述光调制器输入所述第一偏振模式的光波。

13.一种调制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至11任一所述的光调制器，所述方法包括：

接收第一偏振模式的光波；

将所述第一偏振模式的光波转换为复合偏振模式的光波，所述复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第一子光波与第二偏振模式的第二子光波；

调制所述复合偏振模式的光波得到调制后的复合偏振模式的光波，所述调制后的复合偏振模式的光波包括第一偏振模式的第三子光波与第二偏振模式的第四子光波；

将所述调制后的复合偏振模式的光波中的第二偏振模式的第四子光波转换为第一偏振模式的第五子光波；

将所述第三子光波与所述第五子光波叠加输出以得到第一偏振模式的目标光波。

14.根据权利要求13所述的调制方法，其特征在于，所述第一偏振模式与所述第二偏振模式分别为TE模式和TM模式中的一个。

15.根据权利要求13所述的调制方法，其特征在于，所述第三子光波的相位与所述第四子光波的相位差在[0，360]度的范围内。

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