CN218276718U - 光芯片、延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块及时间相位编码芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光芯片、延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块及时间相位编码芯片。不等臂干涉仪芯片模块包括通过第一和第二波导连接的第一光分束器和第一光合束器，以及设于第一和/或第二波导上的可调光延迟模块，以为波导上的光信号提供可调的时间延迟。可调光延迟模块包括一个或级联的N个延迟切换单元，其中，延迟切换单元由MZ干涉仪结构实现，可以通过控制调节相位或者衰减值，为光信号选择不同的传输路径，由此在光信号上切换不同的时间延迟量。

Description

光芯片、延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块及时间相位编 码芯片

技术领域

本实用新型涉及量子保密通信领域，特别涉及一种光芯片和延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块及时间相位编码芯片。

背景技术

量子密钥分发(QKD)基于量子力学原理，由于量子不可克隆和测不准原理，是理论可证明无条件安全的密钥分发体系。随着量子密钥分发技术的发展，提供小体积、低成本和高稳定的量子密钥分发设备将更具竞争力。量子密钥分发往往涉及较复杂的光信号编码和解码，目前其编码和解码结构往往借助传统光纤器件组合形成，体积较大且成本较高。在光学芯片上实现光信号的编码和解码是小体积、低成本和高稳定量子密钥分发设备的重要解决方式之一。

图1示出了现有技术中的一种集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块。如图1所示，编码模块利用光分束器一、光分束器二、相位调制模块一和相位调制模块二组成等臂干涉仪，利用光分束器二、光波导延时模块和合束器组成不等臂干涉仪。通过调制等臂干涉仪中的相位差，可以动态调制光信号的输出端口，以使光信号在不等臂干涉仪中仅沿长臂或短臂行进，或者同时沿长短臂行进，由此制备出符合BB84协议的4个态。

图2示出了现有技术中的另一种用于时间相位编码量子密钥分发系统的封装结构。如图2所示，封装结构利用光分束器BS1、 Heater1与光分束器BS2组成等臂MZ干涉仪，且使等臂干涉仪连接一个不等臂干涉仪。类似地，借助Heater1调制等臂干涉仪中的相位差，动态调制光信号的输出端口，以使光信号在不等臂干涉仪中仅沿长臂或短臂行进，或者同时沿长短臂行进，由此制备出符合 BB84协议的4个态。

由此可见，时间相位编码方案通常需要使用到不等臂干涉仪，且其中臂长差的细微偏差可能都会引起干涉结果变化，这种偏差达到数百纳米的水平就可能使获得完全相反的干涉结果。例如，干涉仪中的固有偏差如果过大，超过光源的相干长度，将直接导致无法测量到干涉现象。在控制好干涉仪固有偏差的前提下，还需要控制好环境变化引起的随机偏差(其会引起经过干涉仪的光脉冲的相位波动)，这往往借助相位调制器/移相器和探测器进行实时的闭环补偿。但是，虽然相位调制器/移相器能够具有较快的调节速率，但其调节范围仅有数个π相位(对应数个微米量级的光程)，无法应对干涉仪臂长差出现较大固有偏差的情形。

为减少干涉仪中的臂长差偏差的影响，目前的主要做法是借助光纤研磨等工艺精确控制干涉仪的臂长差，将两个或一批干涉仪的臂长差的固有偏差控制在较小水平下。同时，还可以在干涉仪中引入减震和保温设计来降低环境扰动的影响，以及利用相位调制器/移相器等器件进行实时补偿，例如可以参见“Faraday-Michelson system for quantumcryptography”、CN201822228162.7和 CN201822226830.2等现有技术所公开的解决方案。然而，可以明显关注到，这类解决方案往往会导致干涉仪具有较大的体积，稳定性较差且系统较为复杂。

图1所示结构中呈现了一种解决方案，其中利用由一段波导线实现的波导延时模块来实现干涉仪的长臂。在这种解决方案中，能够实现小的体积和良好的抗环境扰动性能，但其采用的是芯片形式，芯片一旦加工后则难以再进行干涉仪臂长差的调节，因此对芯片加工工艺的一致性具有很高的要求。实际上，受限于芯片加工工艺，不同晶圆甚至同晶圆的干涉仪都可能存在较大的差异，这会导致干涉仪臂长差的固有偏差较大，远大于相位调制器/移相器的调节范围，甚至超出一般光源的相干长度，无法使用常规光源测量到干涉现象，而在芯片制作完成后又无法对其进行调节，这限制了其实际应用和规模组网(需要干涉仪可以任意配对，配对后两干涉仪臂长差差异较小)，可能也是阻碍目前基于片上干涉仪产品大规模部署的主要原因之一。

图3示出了现有技术中提出的另一种解决方案，即，在接收端设计可调延时单元。如图3所示，该解决方案需要在接收端设计有源器件(例如相位调制器)，但一般的有源器件对偏振敏感，而光纤链路会引起随机偏振变化，因此需要相应地设计偏振无关的接收端或者增加偏振补偿装置，这又会大幅地增加系统复杂度和技术难度。此外，接收端设计相关可调延时单元还会增加损耗，降低量子密钥分发设备的性能。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型公开了一种延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块，以及基于其实现的包括不等臂干涉仪的光芯片和时间相位编码芯片。借助本实用新型，可以在芯片上实现不等臂干涉仪臂长差的可控调节，解决现有技术中例如不同批次或同批次不同芯片之间实际延迟线长度差异过大导致时间相位编码芯片产品化受限的问题。

具体而言，本实用新型的第一方面涉及一种延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块，其包括第一光分束器和第一光合束器；

所述第一光分束器的第一输出端通过第一波导连接第一光合束器的第一输入端，所述第一光分束器的第二输出端通过第二波导连接第一光合束器的第二输入端；

其特征在于，还在所述第一波导和第二波导中的至少一个上设置有可调光延迟模块，用于为沿波导传播的光信号提供可调的时间延迟；

所述可调光延迟模块包括一个或级联的N个延迟切换单元，N 为大于1的整数；

所述延迟切换单元基于干涉仪实现，用于为光信号切换不同的时间延迟。

进一步地，所述延迟切换单元包括光路选择组件、第三波导、第四波导和第二光合束器；

所述光路选择组件包括等臂MZ干涉仪，其两臂相位差可调且具有输入端和两个输出端，其中，所述两个输出端分别通过第三波导和第四波导连接第二光合束器的两个输入端，以允许选择使光信号进入第三波导或第四波导；

所述第二光合束器被设置用于将沿第三波导和第四波导传播的光信号合束输出；

其中，同一延迟切换单元中的第三波导和第四波导具有不同的光程。

优选地，所述等臂MZ干涉仪包括热调谐型相移器。

更进一步地，所述第三波导和第四波导上分别设置有可调光衰减器。

进一步地，所述延迟切换单元包括第三光分束器和第三光合束器，所述第三光分束器的两个输出端分别通过第七波导和第八波导连接第三光合束器的两个输入端，其中，所述第七波导和第八波导上分别设有可调光衰减器，且所述第七波导和第八波导具有不同的光程。

进一步地，还在所述第一波导和第二波导中的至少一个上设置有衰减控制模块，用于为沿波导传播的光信号提供可控的衰减。

优选地，所述衰减控制模块包括载流子注入型衰减器。

优选地，光分束器和光合束器为多模干涉仪或定向耦合器；以及/或者，光分束器、光合束器和波导由硅材料形成；以及/或者，所述不等臂干涉仪芯片模块由硅材料形成。

可选地，不同延迟切换单元中的第三波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第四波导具有相同或不同的光程。

可选地，不同延迟切换单元中的第七波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第八波导具有相同或不同的光程；以及/ 或者，所述可调光衰减器是基于载流子注入原理实现的，或者是基于MZ干涉仪原理实现的。

本实用新型的第二方面涉及一种光芯片，其包括上述延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块。

本实用新型的第三方面涉及一种延时差可调的时间相位编码芯片，其包括等臂干涉仪芯片模块和上述不等臂干涉仪芯片模块；其中，

所述第一光分束器具有第一输入端和第二输入端；

所述等臂干涉仪芯片模块包括第二光分束器，其具有输入端、第一输出端和第二输出端，且被设置成：其输入端连接输入波导，其第一输出端通过第五波导连接第一光分束器的第一输入端，其第二输出端通过第六波导连接第一光分束器的第二输入端，由此构成等臂干涉仪；并且，

在所述第五波导和第六波导中的至少一个上还设置有相位调节模块，用于对沿波导传播的光信号进行相位调制。

优选地，所述相位调节模块为载流子沉积型、载流子注入型或者载流子耗尽型。

优选地，光分束器和光合束器为多模干涉仪或定向耦合器；以及/或者，光分束器、光合束器和波导由硅材料形成；以及/或者，所述时间相位编码芯片由硅材料形成。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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来获得其他的附图。

图1示出了现有技术中的集成时间相位量子密钥分配系统发射端编码模块；

图2示出了现有技术中的用于时间相位编码量子密钥分发系统的封装结构；

图3示出了现有技术中的一种具有可调延时单元的接收端结构；

图4示出了本实用新型的延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块和时间相位编码芯片的一种示例；

图5示意性地示出了本实用新型的可调光延迟模块的级联形式；

图6示意性地示出了本实用新型的延迟切换单元的一种示例；

图7示意性地示出了级联形式实现的可调光延迟模块的一种示例；

图8示出了图6-7所示延迟切换单元和可调光延迟模块的进一步示例；

图9示出了本实用新型的延迟切换单元和可调光延迟模块的另一示例。

具体实施方式

在下文中，本实用新型的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本实用新型的精神给本实用新型所属领域的技术人员。因此，本实用新型不限于本文公开的实施例。

在本实用新型的时间相位编码芯片中，设置有等臂干涉仪芯片模块和不等臂干涉仪芯片模块，其中，等臂干涉仪芯片模块的输入端用于接收待编码的光信号，不等臂干涉仪芯片模块的输出端用于输出经时间相位编码的光信号。

因此，当光信号经光波导进入时间相位编码芯片时，将首先进入等臂干涉仪芯片模块。在等臂干涉仪芯片模块中，通过调节两臂之间的相位差，控制光信号仅从等臂干涉仪芯片模块的某一输出端输出，或者同时从等臂干涉仪芯片模块的两个输出端输出，但两个输出端上的光信号之间具有不同的相位差，并进一步借助不等臂干涉仪芯片模块的臂长差在光信号上施加时间信息(即预设的时间间隔)，最终在在光信号上制备出时间态或相位态，实现对光信号的时间相位编码。

例如，可以调节使等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差为 0，使光信号全部从等臂干涉仪芯片模块的第一输出端输出并进入不等臂干涉仪芯片模块的长臂，由此在光信号上制备|Z1>态；或者，可以调节使等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差为π，使光信号全部从等臂干涉仪芯片模块的第二输出端输出并进入不等臂干涉仪芯片模块的短臂，此时制备|Z0>态；或者，可以调节使等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差为π/2，使光信号等分地同时从等臂干涉仪芯片模块的两个输出端输出并分别进入不等臂干涉仪芯片模块的长臂和短臂，此时制备|X0>态；或者，可以调节使等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差为3π/2，使光信号等分地同时从等臂干涉仪芯片模块的两个输出端输出并分别进入不等臂干涉仪芯片模块的长臂和短臂，此时制备|X1>态。

如前所述，在时间相位编码方案中，发送方和接收方中不等臂干涉仪芯片模块的臂长差的一致性对于量子密钥分发性能的影响非常显著，为此，本实用新型公开了一种延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块，其允许利用控制信号大范围地改变不等臂干涉仪芯片模块中长臂与短臂之间的臂长差，能够借助简单的光学结构和控制过程(例如借助相移驱动信号和/或可调衰减器驱动信号)，方便地实现发送方和接收方中臂长差的一致性，因此允许降低芯片加工环节对不等臂干涉仪臂长差的一致性要求，减少设计环节对不等臂干涉仪抗环境扰动性的要求。

图4示意性地示出了根据本实用新型的延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块。

如图所示，不等臂干涉仪芯片模块可以包括第一光分束器202，第一光合束器203，以及连接于第一光分束器202和第一光合束器 203之间的第一和第二波导。

例如，第一光分束器202的第一输出端通过第一波导连接第一光合束器203的第一输入端，第一光分束器202的第二输出端通过第二波导连接第一光合束器203的第二输入端，第一光分束器202 的输入端被用作不等臂干涉仪芯片模块的输入端，第一光合束器203的输出端被作为不等臂干涉仪芯片模块的输出端。

进一步地，还在不等臂干涉仪芯片模块的第一和第二波导中的至少一个(例如图4中的第一波导)上设置有可调光延迟模块401，用于为沿其所在的波导传播的光信号提供可调节的时间延迟，由此使不等臂干涉仪芯片模块具有可调节的臂长差(即，关于光信号的延时差)。

具体而言，可调光延迟模块401可以包括一个或多个延迟切换单元，其中，每个延迟切换单元均可以基于控制信号在多个不同的工作状态之间进行切换，并且在不同的工作状态下能够为光信号提供不同的时间延迟量。在优选示例中，在不同的工作状态下，光信号将在延迟切换单元中沿不同的波导传播，其中，不同的波导可以具有不同的长度(光程)。

图5示出了可调光延迟模块的一种示例，其为N个(N为大于1 的整数)延迟切换单元通过波导依次连接形成的级联结构。在这种级联实现方式下，如果单个延迟切换单元具有M种工作状态(即允许在M种时间延迟量之间进行切换)，可调光延迟模块将可以为光信号提供M^N种不同的时间延迟量。显然，借助这种级联方式，理论上可以使可调光延迟模块实现任何所期望的延时差调节范围。

例如，假设第i个延迟切换单元具有分别为Li1和Li2的最长和最短延迟量，则可调光延迟模块可以具有分别为 (L11+L21+...+LN1)和(L12+L22+...+LN2)的最长和最短延迟量，且介于最长和最短延迟量之间还可以具有多个可选的延迟量。

图6示意性地示出了延迟切换单元的一种示例。

如图所示，延迟切换单元可以包括输入波导111、光路选择组件 211、第三波导311、第四波导312、第二光合束器212和输出波导 112。

输入波导111连接光路选择组件211的输入端，以允许光信号进入光路选择组件211。

光路选择组件211可以具有第一输出端和第二输出端，分别用于连接第三波导311和第四波导312。

根据本实用新型，第三波导311和第四波导312将被设置成具有不同的长度(光程)。例如图6所示，第三波导311和第四波导 312分别为长波导和短波导。

进一步地，光路选择组件211可以被设置成能够根据控制信号，在使输入的光信号由第一输出端输出的第一工作状态和使输入的光信号由第二输出端输出的第二工作状态之间切换。由于分别与第一和第二输出端连接的第三和第四波导具有不同的长度，因此能够在不同的工作状态下为光信号提供不同的时间延迟量。

继续参见图6，第三波导311和第四波导312在另一端分别连接第二光合束器212的两个输入端，因此，借助第二光合束器212的合束作用，允许光路选择组件211中的光信号最终均从第二光合束器212的同一输出端输出，进入输出波导112。

本领域技术人员能够理解，在可调光延迟模块的级联实现方式下，对于N个延迟切换单元，不同延迟切换单元中的第三波导可以具有相同的长度，也可以具有不同的长度；类似地，不同延迟切换单元中的第四波导可以具有相同的长度，也可以具有不同的长度。

此外，尽管光路选择组件211可以借助任何具有光路选择切换功能的器件来实现，但在本实用新型中，还特别针对芯片实现场景，提出了一种新的光路选择组件实现方案，其中借助能够以成熟的芯片加工工艺在芯片上实现的MZ干涉仪结构，通过简单的控制过程，实现上述光路选择切换功能，这对于芯片设计而言是极其有利的。

图7示意性地示出了由三个延迟切换单元级联实现的可调光延迟模块，其中，延迟切换单元中的光路选择组件由等臂干涉仪来实现。

如图所示，光路选择组件211采用等臂干涉仪结构，其具有光分束器、光合束器以及借助波导形成于两者之间的第一和第二臂，其中，第一和第二臂中的至少一个上设置有相移器321、322、323，由此允许通过调节两臂之间的相位差，为输入的光信号选择不同的输出端输出，实现两种不同工作状态之间的切换。

具体而言，在图7所示用于光路选择组件的等臂干涉仪中：光分束器的输入端作为光路选择组件的输入端，用于接收光信号；光合束器的两个输出端作为光路选择组件的两个输出端，分别用于连接第三和第四波导。

因此，借助用于相移器321、322、323的驱动信号，可以控制光信号进入第三波导或第四波导，获得所选择的时间延迟量。其中，相移器321、322、323可以优选为热调谐型相移器。

下面将结合图7，进一步说明借助MZ等臂干涉仪实现的可调光延迟模块的工作过程，以更清楚地理解本实用新型的不等臂干涉仪芯片模块的延时差调节原理。

在图7的示例中，可调光延迟模块401包括通过波导级联的第一延迟切换单元、第二延迟切换单元和第三延迟切换单元。

第一延迟切换单元包括其臂上设有相移器321的干涉仪、具有光程L11的第三波导、具有光程L12的第四波导和第二光合束器。

第二延迟切换单元包括其臂上设有相移器322的干涉仪、具有光程L21的第三波导、具有光程L22的第四波导和第二光合束器。

第三延迟切换单元包括其臂上设有相移器323的干涉仪、具有光程L31的第三波导、具有光程L32的第四波导和第二光合束器。

对于每个延迟切换单元，可以利用外部直流驱动信号控制其中的相移器321/322/323，以使光信号进入第三波导或第四波导。例如，可以将等臂干涉仪上下两臂之间的相位差调节为0，使光信号全部进入较长的第三波导，或者可以将干涉仪上下两臂之间的相位差调节为π，使光信号全部进入较短的第四波导。由此，调节可调光延迟模块401为光信号提供的延迟量。

下面的表一呈现了在L11＝3ps，L12＝1ps，L21＝5ps， L22＝1ps，L31＝9ps，L32＝1ps时，借助相移器在各级延迟切换单元的两臂之间调制出不同的相位差时，可调光延迟模块401最终实现的目标延迟量。

(表一)

从表一中可以看到，通过自由控制各级延迟切换单元中干涉仪两臂之间的相位差，可以实现各级延迟切换单元中延迟量的切换，并经过3级延迟累积得到了3ps到17ps，步进2ps的延迟量调节能力。

本领域技术人员能够理解，可以事先制作各级延迟切换单元中干涉仪两臂之间的相位差与目标延迟量的查询表，以便允许根据查询表，方便地借助相移器在各级延迟切换单元中实现所需要的两臂相位差，为光信号提供所期望的延迟量。

图8示意性地示出了图6-7所示延迟切换单元的进一步示例。

如图8所示，延迟切换单元还可以包括分别设置在第三波导和第四波导上的可调光衰减器VOA。因此，当借助光路选择组件中的相位调制选择使光信号进入第三波导(或第四波导)传输时，还可以控制第四波导(或第三波导)上可调光衰减器VOA的衰减值，使第四波导(或第三波导)上的光信号衰减至消光状态，由此允许降低 MZ干涉仪中相移器(或相位调制器)消光比的要求。

图9示意性地示出了根据本实用新型的延迟切换单元的另一示例。

如图9所示，延迟切换单元可以包括第三光分束器BS和第三光合束器BS，第三光分束器的两个输出端分别通过第七波导和第八波导连接第三光合束器的两个输入端，构成干涉仪结构，其中，第三光分束器的输入端用作延迟切换单元的输入端，第三光合束器的输出端用作延迟切换单元的输出端。

作为示例，第七波导和第八波导具有不同的光程，例如第七波导相对于第八波导具有时间延迟dT1、dT2、dT3...。

为实现时间延迟量切换功能，可以分别在第七波导和第八波导上设置可调光衰减器VOA。因此，可以通过控制使第七(或第八)波导上可调光衰减器VOA的衰减值增大至近似将光路断开，实现光信号仅仅从第八(或第七)波导通过并从延迟切换单元输出，由此实现用于光信号的时间延迟量的切换。

在本实用新型中，可调光衰减器VOA可以是基于载流子注入原理的，也可以是基于MZ干涉仪原理实现的。

类似地，可调光衰减器VOA可以是由硅材料形成。

继续参见图4，在本实用新型的不等臂干涉仪芯片模块中，还可以在第一波导和第二波导中的至少一个上设置衰减控制模块501，用于为沿其所在的波导传播的光信号提供可控的衰减，例如补偿沿不等臂传播的光信号因受到不同衰减而形成的功率差，使光信号在不等臂干涉仪芯片模块中的衰减量一致。

例如，在基于时间相位编码方案的量子密钥分发过程中，可以在完成不等臂干涉仪芯片模块中长短两臂的延迟量标定之后，通过调节衰减控制模块的工作状态，使长短两臂的衰减量达到一致，由此保证光信号在时间相位编码过程中的功率均衡，制备得到延迟符合预期的量子态。

优选地，衰减控制模块501可以包括载流子注入型衰减器。

优选地，不等臂干涉仪芯片模块可以在硅基芯片上实现。因此，光分束器(例如第一光分束器202和第三光分束器)、光合束器(例如第一光合束器203、第二光合束器212和第三光合束器)及波导(例如第一波导、第二波导、第三波导、第四波导、输入波导、输出波导等)均可以由硅材料形成。

优选地，光分束器(例如第一光分束器202和第三光分束器)、光合束器(例如第一光合束器203、第二光合束器212和第三光合束器)可以为多模干涉仪或定向耦合器。

进一步地，上述不等臂干涉仪芯片模块还可以实现为单独的芯片，用于提供延时差可调的不等臂干涉仪功能。

继续参见图4，其示出了一种延时差可调的时间相位编码芯片。如图所示，时间相位编码芯片包括等臂干涉仪芯片模块，以及上述延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块，其中，等臂干涉仪芯片模块的光合束器和不等臂干涉仪芯片模块的光分束器复用同一光分束器 202(光合束器)。

具体而言，不等臂干涉仪芯片模块中的第一光分束器202具有两个输入端，即第一输入端和第二输入端。

在等臂干涉仪芯片模块中，第二光分束器201的第一输出端通过第五波导连接第一光分束器202的第一输入端，第二光分束器201 的第二输出端通过第六波导连接第一光分束器202的第二输入端，并在第五波导和第六波导中的至少一个上设置相位调节模块301/302，例如图4所示，分别在第五和第六波导上设置相位调节模块301和302。由此，可以实现以第二光分束器201的输入端作为输入端的等臂干涉仪芯片模块，同时实现等臂干涉仪芯片模块与(延时差可调的)不等臂干涉仪芯片模块的连接，由此得到一种延时差可调的时间相位编码芯片。

相应地，在时间相位编码芯片中，第二光分束器201的输入端可以连接输入波导101，以接收待编码的光信号；第一光合束器203 的输出端可以连接输出波导102，以输出经编码的光信号。

因此，当光信号经输入波导101进入等臂干涉仪芯片模块时，可以通过外部脉冲电压信号驱动相位调节模块301/302的相移状态，将等臂干涉仪芯片模块中两臂之间相位差调节为0，使光信号全部从第一光分束器202(其被复用为等臂干涉仪芯片模块中的光合束器)的第一输出端输出并进入不等臂干涉仪芯片模块的第一波导，由此在光信号上制备|Z1>态；或者，可以将等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差调节为π，使光信号全部从第一光分束器202的第二输出端输出并进入不等臂干涉仪芯片模块的第二波导，此时制备|Z0>态；或者，可以将等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差调节为π/2，使光信号等分地同时从第一光分束器202的两个输出端输出以分别进入不等臂干涉仪芯片模块的第一和第二波导，此时制备|X0>态；或者，可以将等臂干涉仪芯片模块中两臂之间的相位差调节为3π/2，使光信号等分地同时从第一光分束器202的两个输出端输出以分别进入不等臂干涉仪芯片模块的第一和第二波导，此时制备|X1>态。

期间，可以在不等臂干涉仪芯片模块中，利用驱动信号控制可调光延迟模块401中延迟切换单元的工作状态，为光信号切换不同的传播路径，以在不等臂干涉仪芯片模块中实现所期望的两臂延时差。

同时，还可以在不等臂干涉仪芯片模块中，控制衰减控制模块 501的工作状态，使光信号在两臂上得到一致的衰减，由此制备得到功率均衡、延迟符合预期的量子态。

优选地，时间相位编码芯片可以由硅基芯片来实现。相应地，其中所有的光分束器、光合束器和波导均由硅材料形成。

优选地，第二光分束器201可以为多模干涉仪或定向耦合器。

优选地，相位调节模块301、302可以为载流子沉积型、载流子注入型或者载流子耗尽型。

由此可见，本实用新型利用干涉仪结构在光芯片上实现一种可调光延迟模块，由此得到了一种允许简单地借助相位驱动信号或者可调衰减器驱动信号在大范围内实现延时差调节的不等臂干涉仪芯片模块，解决了现有技术因工艺误差引入的芯片间不可控的延迟量差异，有利于时间相位编码芯片的工程应用。同时，还可以在不等臂干涉仪芯片模块中方便地设置长延迟量的冗余设计，且总延迟量及延迟调节精度可以方便自由地定义，使得本实用新型的不等臂干涉仪芯片模块可以具有更广泛的适用范围。

尽管前面结合附图通过具体实施例对本实用新型进行了说明，但是，本领域技术人员容易认识到，上述实施例仅仅是示例性的，用于说明本实用新型的原理，其并不会对本实用新型的范围造成限制，本领域技术人员可以对上述实施例进行各种组合、修改和等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (14)

1.一种延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块，其包括第一光分束器和第一光合束器；

所述第一光分束器的第一输出端通过第一波导连接第一光合束器的第一输入端，所述第一光分束器的第二输出端通过第二波导连接第一光合束器的第二输入端；

其特征在于，还在所述第一波导和第二波导中的至少一个上设置有可调光延迟模块，用于为沿波导传播的光信号提供可调的时间延迟；

所述可调光延迟模块包括一个或级联的N个延迟切换单元，N为大于1的整数；

所述延迟切换单元基于干涉仪实现，用于为光信号切换不同的时间延迟。

2.如权利要求1所述的不等臂干涉仪芯片模块，其特征在于，所述延迟切换单元包括光路选择组件、第三波导、第四波导和第二光合束器；

所述光路选择组件包括等臂MZ干涉仪，其两臂相位差可调且具有输入端和两个输出端，其中，所述两个输出端分别通过第三波导和第四波导连接第二光合束器的两个输入端，以允许选择使光信号进入第三波导或第四波导；

所述第二光合束器被设置用于将沿第三波导和第四波导传播的光信号合束输出；

其中，同一延迟切换单元中的第三波导和第四波导具有不同的光程。

3.如权利要求2所述的不等臂干涉仪芯片模块，其特征在于，所述等臂MZ干涉仪包括热调谐型相移器。

4.如权利要求2所述的不等臂干涉仪芯片模块，其特征在于，所述第三波导和第四波导上分别设置有可调光衰减器。

5.如权利要求1所述的不等臂干涉仪芯片模块，其特征在于，所述延迟切换单元包括第三光分束器和第三光合束器，所述第三光分束器的两个输出端分别通过第七波导和第八波导连接第三光合束器的两个输入端，其中，所述第七波导和第八波导上分别设有可调光衰减器，且所述第七波导和第八波导具有不同的光程。

6.如权利要求1所述的不等臂干涉仪芯片模块，其特征在于，还在所述第一波导和第二波导中的至少一个上设置有衰减控制模块，用于为沿波导传播的光信号提供可控的衰减。

7.如权利要求6所述的不等臂干涉仪芯片模块，其特征在于，所述衰减控制模块包括载流子注入型衰减器。

8.如权利要求1所述的不等臂干涉仪芯片模块，其特征在于：

光分束器和光合束器为多模干涉仪或定向耦合器；以及/或者，

光分束器、光合束器和波导由硅材料形成；以及/或者，

所述不等臂干涉仪芯片模块由硅材料形成。

9.如权利要求2所述的不等臂干涉仪芯片模块，其特征在于，不同延迟切换单元中的第三波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第四波导具有相同或不同的光程。

10.如权利要求5所述的不等臂干涉仪芯片模块，其特征在于，不同延迟切换单元中的第七波导具有相同或不同的光程，不同延迟切换单元中的第八波导具有相同或不同的光程；以及/或者，所述可调光衰减器是基于载流子注入原理实现的，或者是基于MZ干涉仪原理实现的。

11.一种光芯片，其特征在于包括如权利要求1-10中任一项所述的延时差可调的不等臂干涉仪芯片模块。

12.一种延时差可调的时间相位编码芯片，其包括等臂干涉仪芯片模块，特征在于还包括如权利要求1-10中任一项所述的不等臂干涉仪芯片模块；其中，

所述第一光分束器具有第一输入端和第二输入端；

所述等臂干涉仪芯片模块包括第二光分束器，其具有输入端、第一输出端和第二输出端，且被设置成：其输入端连接输入波导，其第一输出端通过第五波导连接第一光分束器的第一输入端，其第二输出端通过第六波导连接第一光分束器的第二输入端，由此构成等臂干涉仪；并且，

在所述第五波导和第六波导中的至少一个上还设置有相位调节模块，用于对沿波导传播的光信号进行相位调制。

13.如权利要求12所述的时间相位编码芯片，其特征在于，所述相位调节模块为载流子沉积型、载流子注入型或者载流子耗尽型。

14.如权利要求12所述的时间相位编码芯片，其特征在于：

光分束器和光合束器为多模干涉仪或定向耦合器；以及/或者，

光分束器、光合束器和波导由硅材料形成；以及/或者，

所述时间相位编码芯片由硅材料形成。

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