CN111352187B

CN111352187B - 一种波导终结器、光通信器件及光终结的方法

Info

Publication number: CN111352187B
Application number: CN201811573179.4A
Authority: CN
Inventors: 李凡; 李蒙; 沈百林
Original assignee: Zte Photonics Technology Co ltd
Current assignee: Zte Photonics Technology Co ltd
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2022-05-20
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: CN111352187A

Abstract

本发明实施例公开了一种波导终结器、光通信器件及光终结的方法，其中该波导终结器，包括：掺杂波导和反射装置；所述掺杂波导一端为输入端口，另一端与反射装置连接；所述输入端口中进入的光经过所述掺杂波导吸收后进入反射装置，并由反射装置反射回所述掺杂波导进行二次吸收直至终结。如此，通过反射装置使光再次进入到波导终结器中进行二次消光，既保证了末端的余光不会杂散在波导外部，又可以实现波导终结器的二次利用。

Description

一种波导终结器、光通信器件及光终结的方法

技术领域

本发明实施例涉及但不限于光通信技术，更具体的涉及一种波导终结器、光通信器件及光终结的方法。

背景技术

随着光子技术的高速发展，芯片的集成度越来越高，不同元件之间的距离和尺寸进一步缩小，一些器件的设计中会存在一些没有使用的波导终端，如耦合器，分束器，波分复用器，波导交叉器，光开关等，这些端口可能会发生光的泄露和散射，进而影响自身和周围器件的性能，包括器件的串扰，消光比等。因此，有效的波导终结设计对整个芯片的性能至关重要。

波导终结器不仅使用在单个元件中，在光子集成芯片中更是必不可少。早期采用挖槽并在槽中填埋光吸收材料的方式进行杂散光的吸收，但是这种方法不能完全消除杂散光，而且制作工艺复杂，稳定性较差，大大增加了芯片的制作成本，不利于光子芯片的发展。

目前常用的波导终结结构主要有：波导掺杂吸收、弯曲波导、窄波导、以及螺旋结构波导等，但他们尺寸普遍偏大，大大影响了器件的集成度。另外，螺旋波导结构制作工艺要求高，对芯片的整体性能会有一定影响。不完美的波导终结器还可能会造成反射，反射光在芯片内部若发生干涉，就可能造成各种不可预期的问题，增加了芯片损伤的风险

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种波导终结器，包括：掺杂波导和反射装置；

所述掺杂波导一端为输入端口，另一端与反射装置连接；所述输入端口中进入的光经过所述掺杂波导吸收后进入反射装置，并由反射装置反射回所述掺杂波导进行二次吸收直至终结。

本发明实施例还提供了一种光终结的方法，应用于上述的波导终结器，包括：

接收进入所述波导终结器的光；

将所述进入的光经过所述波导终结器的掺杂波导吸收后进入反射装置，并由反射装置反射回所述掺杂波导进行二次吸收直至终结。

本发明实施例还提供了一种光通信器件，包括光波导端口以及上述的波导终结器，其中，

所述光波导端口与所述波导终结器的输入端口连接，所述光波导端口传出的光通过所述输入端口进入所述波导终结器

与相关技术相比，本发明实施例提供了一种波导终结器、光通信器件及光终结的方法，其中该波导终结器，包括：掺杂波导和反射装置；所述掺杂波导一端为输入端口，另一端与反射装置连接；所述输入端口中进入的光经过所述掺杂波导吸收后进入反射装置，并由反射装置反射回所述掺杂波导进行二次吸收直至终结。如此，通过反射装置使光再次进入到波导终结器中进行二次消光，既保证了末端的余光不会杂散在波导外部，又可以实现波导终结器的二次利用。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施方式一提供的波导终结器的框架示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种反射装置的结构示意图；

图3是基于图2所示反射装置的仿真优化结果示意图；

图4为本发明实施例二提供的波导终结器的结构示意图；

图5为本发明实施例三提供的波导终结器的结构示意图；

图6为本发明实施方式二提供的光通信器件的框架示意图；

图7是本发明实施例四提供的光通信器件的结构示意图；

图8是本发明实施例五提供的光通信测试器件的结构示意图；

图9是本发明实施例六提供的一种光终结的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

鉴于现有的波导终结器的结构尺寸普遍偏大影响了器件的集成度，本发明实施例提出了一种新型的波导终结器，光进入掺杂波导吸收后通过反射装置被反射回到掺杂波导进行二次吸收直至终结；既保证了末端的余光不会杂散在波导外部，又可以实现波导终结器的二次利用，具有尺寸小、消光效率高、设计和制备工艺简单等明显优势。

实施方式一

图1为本发明实施方式一提供的波导终结器的框架示意图，如图1所示，该波导终结器，包括：掺杂波导和反射装置；

其中，所述掺杂波导的长度根据需要的损耗值大小确定。

其中，所述掺杂波导的掺杂类型包括以下至少之一：

N型重掺杂、P型重掺杂、N型轻掺杂、P型轻掺杂、N型掺杂、P型掺杂。

其中，所述掺杂波导的形状包括以下至少之一：

直波导、弯曲波导。

其中，所述反射装置为由波导组成的反射结构。

其中，所述反射装置为由带掺杂波导组成的反射结构。

其中，所述反射装置为由带掺杂波导组成的多模干涉MMI回路镜面反射结构。

其中，所述掺杂波导和所述反射装置中波导的掺杂类型一致或者不一致。

下面通过三个具体的实施例详细阐述实施方式一提供的技术方案。

实施例一

图2为本发明实施例一提供的一种反射装置的结构示意图，如图2所示，该反射装置，包括：

掺杂波导20和反射MMI结构21，所述波导20一端为输入端口22，另一端与反射MMI结构21连接；光从所述输入端口22进入反射结构21，并由反射结构21进行反射回到所述波导20中。设计波导20的长度和掺杂类型，就可以实现一种波导终结器的设计。

以下为设计要点：

掺杂波导20的长度为L，宽度为W，所述掺杂波导的掺杂类型包括以下至少之一：N型重掺杂、P型重掺杂、N型轻掺杂、P型轻掺杂、N型掺杂、P型掺杂。

由于波导中不同的掺杂类型和掺杂浓度对光的吸收能力不同，可以通过计算不同掺杂下波导的吸收损耗，来定量研究掺杂波导的光吸收特性。不同波长下，硅材料掺杂浓度变化所引起的损耗系数的变化公式如下：

Δα(@1550nm)＝8.88×10^-21ΔN^1.167+5.84×10^-20ΔP^1.109[cm^-1]

Δα(@1310nm)＝3.48×10^-22ΔN^1.229+1.02×10^-19ΔP^1.089[cm^-1]

如上述公式所述，1550nm或1310nm波段的损耗系数α随着掺杂类型(N、P)和掺杂浓度的变化而变化。

吸收损耗一般会以dB/cm的形式表达，它和损耗系数α(cm^-1)的转换关系如下：

如此，根据上述公式就可以计算得到如表1所示吸收损耗结果。其中，Δα表示损耗系数，ΔN代表N型掺杂浓度大小，ΔP代表P型掺杂浓度大小。一般N，P表示掺杂，掺杂浓度为1E18；N+，P+表示轻掺杂，掺杂浓度为1E19；N++，P++表示重掺杂，掺杂浓度为1E20。根据表1可知，当掺杂类型为N型重掺杂时，吸收损耗最大，因此，本实施例优选为采用N型重掺杂，即N++型掺杂。

其中，掺杂波导20的长度L由设计需求决定。例如可以由光损耗值和损耗系数α[dB/cm]确定。例如，根据表1可知，要实现50dB的光损耗值，理论上至少需要60um的N++型重掺杂波导总长度，考虑到工艺误差，为了实现输入光波在波导终结器中被完全吸收，长度L可以设置为理论值的2-3倍。掺杂波导的宽度W、高度可以采取业界通常设计，例如W为500nm，高度为220nm。表1中各参数说明，n(Si)表示si材料的折射率，concentration表示掺杂浓度，n(doping)表示在si材料上做不同类型，不同浓度掺杂后的带掺杂si的折射率，α(dB/cm)表示根据以上公式计算出的各掺杂情况下对应的单位cm波导的损耗值。

表1：

其中，所述掺杂波导的形状包括以下至少之一：直波导、弯曲波导。例如所述掺杂波导可以直接设计为直波导，或者为了节省尺寸，可以设计为直波导和弯曲波导相互组合的形式。

其中，图2所示的反射装置仅为示例性说明，并没有特殊要求，只要能够实现光反射的回路结构即可。例如，所述反射装置可以为由波导组成的反射结构，其中，反射装置的波导也可以带掺杂，除了反射光之外也可以进行吸收。本实施例中，所述反射装置中波导的掺杂类型根据需求选择确定。

其中，整个波导终结器件波导材质并不局限硅材料，同样适应于其他材料。

图3是基于图2所示反射装置的仿真优化结果，如图3所示该反射结构的损耗很小，即光全部限制在波导中传输。

实施例二

本实施例二中，掺杂波导为长度L，宽度W的直波导，采用N++掺杂。反射装置为由弯曲波导组成的MMI回路镜面反射结构。

图4为本发明实施例二提供的波导终结器的结构示意图，如图4所示，

41为输入端口，42为长度L，宽度W的直波导，43为N++掺杂、44为由弯曲波导组成的MMI镜面反射结构，本实施例基于1550nm波段，但该结构同样适用于1310nm波段。

工作方式如下：首先输入光从41进入，经过42重掺杂波导，光被吸收一部分，接着经过43结构继续传输，并反射回到42直波导中，光能量再次被吸收直至终结，这样便完成了对杂散光的消除。

本实施例二中，整个波导终结器件波导材质为硅，包层可以为氧化硅，波导的高度均为220nm，W为500nm。根据表1可知，要实现50dB的光损耗，理论上至少需要60um的重掺杂波导总长度(计算过程：针对1550nm波段，当选择的是N++掺杂，表中对应的吸收损耗为8431.458278(dB/cm)，故要实现50dB损耗，需要的长度为50(dB)/8431.458278(dB/cm)＝0.0059302cm＝59.302um)。由于考虑到工艺误差，且为了保证光被完全消耗掉，L取90um足够，相当于掺杂波导的总长度大于180um，大于理论上需要的波导长度的3倍。整个波导终结器的长度小于200um。

实施例三

本实施例三中，掺杂波导为直波导和弯曲波导的组合，采用N++掺杂。反射装置为由弯曲波导组成的MMI回路镜面反射结构。

图5为本发明实施例三提供的波导终结器的结构示意图，如图5所示，

51为输入端口，52为带N++掺杂的弯曲波导，53带N++掺杂的直波导，54为带N++掺杂的弯曲波导，55为由弯曲波导组成的MMI回路镜面反射结构。本实施例三基于1550nm波段，但该结构同样适用于1310nm波段。

工作方式如下：由于光通过弯曲波导具有一定的损耗，本实例中增加了弯曲波导的重掺杂吸收部分，光从51传输到55，再到52的过程，光首先通过重掺杂弯曲波导吸收，再到直波导，再到反射装置，最后返回到第一个弯曲波导52中，这样即实现了所有结构波导的二次利用，大大提高了消光效率，又进一步减小了器件的尺寸。

本实施例中，整个波导终结器件波导材质为硅，包层为氧化硅，波导的高度均为220nm，W为500nm。根据表1可知，要实现50dB的光损耗，至少需要60um的重掺杂波导长度，若弯曲波导的直径为7.5um，故直波导的长度L取70um足够，相当于掺杂波导的总长度大于180um，大于理论上需要的掺杂波导长度的3倍。整个波导终结器的长度小于100um。

实施方式二

图6为本发明实施方式二提供的光通信器件的框架示意图，如图6所示，该光通信器件，包括：光波导端口和波导终结器；

所述光波导端口与所述波导终结器的输入端口连接，所述光波导端口传出的光通过所述输入端口进入所述波导终结器。

其中，所述波导终结器可以是上述任一项所述的波导终结器。

其中，所述光波导端口可以是任一光器件中无用的端口，例如定向耦合器、级联MMI等器件的无用端口，都可以接入所述波导终结器，实现对杂散光和反射光的终结。

下面通过两个具体的实施例详细阐述实施方式二提供的技术方案。

实施例四

图7是本发明实施例四提供的光通信器件的结构示意图，如图7所示，该光通信器件包括定向耦合器和波导终结器。

其中，71为定向耦合器的输入端口，72为定向耦合器的耦合波导结构，73为定向耦合器的输出端口；74和75端口分别为定向耦合器的无用端口，分别连接上述实施例中提供的任一项所述的波导终结器。

工作方式如下：首先光从71端口输入，通过耦合波导结构72，一部分光直接从73端口输出，另一部分光被耦合进入72波导，并从交叉端75端口输出，从而实现特定功率的分光比输出。如果在特定功能器件中，不需要75端口输出光功率，则在75接口连接波导终结器，即可阻止该端口光传输并吸收掉无用的光功率。同理，74端口连接波导终结是为了防止反射光的影响。

本发明实施例四提供的技术方案，能够有效消除定向耦合器中的杂散光。

实施例五

图8是本发明实施例五提供的光通信测试器件的结构示意图，如图8所示，

该光通信测试设备包括级联MMI(multimode interference，多模干涉耦合器)和波导终结器。

其中，81为级联MMI的输入端口，82为级联MMI的输出端口，中间结构由多个MMI结构交叉级联组成(图8仅级联两个MMI作为示意)，其中无用的端口分别连接上述实施例中提供的任一项所述的波导终结器。，可有效消除杂散光，提高测试的准确率。本发明的应用并不局限于该实例，同样适用于其他无用器件的端口处理。

工作方式如下：首先光从81端口输入，经过若干交叉级联的MMI结构，，最后从82端口输出，无用的端口连接所述波导终结器，即可阻止该端口光传输并吸收掉无用的光功率。

本发明实施例五提供的技术方案，能够有效消除级联MMI中的杂散光。

本发明实施例四、五提供的技术方案并不局限于定向耦合器、级联MMI，同样适用于其他器件的无用端口的光终结处理。

实施例六

图9是本发明实施例六提供的一种光终结的方法的流程示意图，本发明实施例六应用于本发明实施例一至五任一所述的波导终结器。如图9所示，该方法包括：

步骤901，接收进入所述波导终结器的光；

步骤902，将进入的光经过掺杂波导吸收后进入反射装置，并由所述反射装置反射回所述掺杂波导进行二次吸收直至终结。

优选地，所述掺杂波导采用N++掺杂。

优选地，所述掺杂波导和所述反射装置中波导的掺杂类型一致。另外，掺杂类型也可以不一致，实现相同损耗效果的任意掺杂组合都可以。

本发明实施例提供的波导终结器的结构设计，波导终结器末端不是简单的重掺杂波导，而是通过反射装置使光再次进入到波导终结器中进行二次消光。与现有的波导终结器的性能相比，本发明既保证了末端的余光不会杂散在波导外部，又可以实现波导终结器的二次利用，具有尺寸小、消光效率高、设计和制备工艺简单等明显优势。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种波导终结器，其特征在于，包括：掺杂波导和反射装置；所述掺杂波导一端为输入端口，另一端与反射装置连接；所述输入端口中进入的光经过所述掺杂波导吸收后进入反射装置，并由反射装置反射回所述掺杂波导进行二次吸收直至终结。

2.根据权利要求1所述的波导终结器，其特征在于，所述掺杂波导的长度根据需要的损耗值大小确定。

3.根据权利要求1所述的波导终结器，其特征在于，所述掺杂波导的掺杂类型包括以下至少之一：

N型重掺杂、P型重掺杂、N型轻掺杂、P型轻掺杂、N型掺杂、P型掺杂；

所述N型重掺杂和所述P型重掺杂的掺杂浓度为1E20，所述N型轻掺杂和所述P型轻掺杂的掺杂浓度为1E19，所述N型掺杂和所述P型掺杂的掺杂浓度为1E18。

4.根据权利要求1所述的波导终结器，其特征在于，所述掺杂波导的形状包括以下至少之一：

直波导、弯曲波导。

5.根据权利要求1所述的波导终结器，其特征在于，所述反射装置为由波导组成的反射结构。

6.根据权利要求1所述的波导终结器，其特征在于，所述反射装置为由带掺杂波导组成的反射结构。

7.根据权利要求1所述的波导终结器，其特征在于，所述反射装置为由带掺杂波导组成的多模干涉MMI回路镜面反射结构。

8.根据权利要求6所述的波导终结器，其特征在于，所述掺杂波导和所述反射装置中波导的掺杂类型一致或者不一致。

9.一种光终结的方法，应用于权利要求1-8任一项所述的波导终结器，包括：

接收进入所述波导终结器的光；将所述进入的光经过所述波导终结器的掺杂波导吸收后进入反射装置，并由反射装置反射回所述掺杂波导进行二次吸收直至终结。

10.一种光通信器件，其特征在于，包括光波导端口以及如权利要求1-8任一项所述的波导终结器，其中，所述光波导端口与所述波导终结器的输入端口连接，所述光波导端口传出的光通过所述输入端口进入所述波导终结器。