Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的硅基光隔離器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的硅基光隔離器，其包括一個硅基Mach-Zehder干涉儀和實施在所述Mach-Zehder干涉儀上臂、下臂的上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)、下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)，所述上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)將沿上臂正向傳播的一特定頻率光信號耦合成一目標頻率的光信號，所述下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)將沿下臂正向傳播的光信號耦合成所述目標頻率的光信號，所述下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)耦合產(chǎn)生的目標頻率光信號與所述上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的目標頻率光信號相位相反，當光信號沿干涉儀反向傳播時上臂及下臂均不發(fā)生信號耦合。本發(fā)明所提出的光隔離器設(shè)計方案中，隔離器尺度在微米量級，適合于大規(guī)模集成且不對信號強度有任何要求。
【專利說明】Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的娃基光隔離器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種片上特定頻率濾波光隔離器，尤其涉及一種Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的硅基光隔離器。
【背景技術(shù)】
[0002]光隔離器是一種在光學傳播介質(zhì)(器件)中允許光信號單向傳輸?shù)臒o源光器件，在光纖通信系統(tǒng)和大規(guī)模集成光路中阻止反射光信號的傳播。目前常見的光隔離器的工作原理主要基于法拉第旋轉(zhuǎn)的非互易性和非線性效應(yīng)。但是法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的光隔離器不適宜大規(guī)模集成，而非線性效應(yīng)光隔離器對傳播的光信號強度有額外要求。為解決這些問題，本發(fā)明提出了一種與現(xiàn)有CMOS工藝相容的硅基線性Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的光隔離器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的硅基光隔離器，其特征在于，包括一個娃基Mach-Zehder干涉儀和實施在所述Mach-Zehder干涉儀上臂、下臂的上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)、下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)，
[0004]所述上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)將沿上臂正向傳播的一特定頻率光信號耦合成一目標頻率的光信號，所述下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)將沿下臂正向傳播的光信號耦合成所述目標頻率的光信號，所述下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)耦合產(chǎn)生的目標頻率光信號與所述上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的目標頻率光信號相位相反；當光信號沿干涉儀反向傳播時上臂及下臂均不發(fā)生信號耦合。
[0005]較佳地，所述含時微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)實施于所述上壁波導、下壁波導的方法為:
[0006]在所述上臂與下臂的硅基波導中進行摻雜，造成折射率的起伏，然后對摻雜后的波導通電，造成折射率的時間變化。
[0007]較佳地，所述上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)的調(diào)制函數(shù)為:

S(x)cos(Qt - (-1f)z +1) - — < χ < O
εΧζ,?)=.2 (暴 ,

δ(.κ) c Os (Ω? - (- f )ζ) O < ,r < —
?2
[0008]所述下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)的調(diào)制函數(shù)為
S(x)cos{Qt -{-q)z + π) O < j < ^
^ (zJ)= *if 2 β

<f(x)cos(O1- (- q)z) - —< x< 0
[0009]其中滿足qzkfkjP Q = CO2-CO1, ω i為所述特定頻率光信號的頻率，(02為所述目標頻率信號的頻率，kpk2分別為所述特定頻率光信號、目標頻率信號的波數(shù)。
[0010]本發(fā)明所提出的光隔離器設(shè)計方案中，隔離器尺度在微米量級，適合于大規(guī)模集成且不對信號強度有任何要求。
[0011]當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例提供的Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的硅波導結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明實施例提供的Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的硅波導中TE光傳播模式色散關(guān)系不意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明實施例提供的微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4為本發(fā)明實施例提供的硅基光隔離器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5為本發(fā)明實施例正傳播方向的FDTD數(shù)值模擬場分布不意圖；
[0017]圖6為本發(fā)明實施例反傳播方向的FDTD數(shù)值模擬場分布示意圖。
具體實施例
[0018]本發(fā)明提供了一種Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的硅基光隔離器，其特征在于，包括一個娃基Mach-Zehder干涉儀和實施在所述Mach-Zehder干涉儀上臂、下臂的上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)、下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)，
[0019]所述上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)將沿上臂正向傳播的一特定頻率光信號耦合成一目標頻率的光信號，所述下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)將沿下臂正向傳播的光信號耦合成所述目標頻率的光信號，所述下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)耦合產(chǎn)生的目標頻率光信號與所述上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的目標頻率光信號相位相反。
[0020]其中所述含時微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)實施于所述上臂波導、下臂波導的方法為:
[0021]在所述上臂與下臂的波導中進行摻雜，造成折射率的起伏，然后對摻雜后的波導通電，造成折射率的時間變 化。
[0022]所述上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)的調(diào)制函數(shù)為:
<y(x)cos(Of - (- q)z + π) - < j < O
S(x)cos(Qt - (- q)z) 0< χ < —
[0023]所述下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)的調(diào)制函數(shù)為
-.d
^(x)cos (Ω? - (- g)m) O < x< —
￡f{zj) = <2 0
<y(A-)cos(Of - (-f )z) -—< χ < o
[0024]其中滿足9=1^-1^2和Q = CO2-CO1, ω i為所述特定頻率光信號的頻率，(02為所述目標頻率信號的頻率，kpk2分別為所述特定頻率光信號、目標頻率信號的波數(shù)。
[0025]如圖4所示，將上述調(diào)制結(jié)構(gòu)分別實施于Mach-Zehder干涉儀兩臂，在實施時上臂與下臂的調(diào)制結(jié)構(gòu)互為相對于z軸的鏡像對稱。這樣保證光信號沿一個方向傳播時，在Mach-Zehder干涉儀上下兩臂同時產(chǎn)生相位相反的模式耦合調(diào)制，從而在光信號匯合時產(chǎn)生干涉相消而不能持續(xù)保持在波導中傳播。而在相反方向傳播的光信號不發(fā)生模式耦合從而繼續(xù)在波導中傳播。
[0026]實施例
[0027]取定歸一化長度&=1μπι，波導寬度取為d=0.22a。TEtl模式的頻率和波數(shù)分別取定為:0^0.6468(2 ^1(3/^), k^l.836 (2 π/a) ^E1模式的頻率和波數(shù)分別取定為:ω 2=0.8879 (2 π c/a), k^l.367 (2 π /a) ? 調(diào)制強度 δ (χ) =1, Mach-Zehder 干涉儀由娃材料構(gòu)成，介電常數(shù)取為12.25，上下兩臂波導中心的間距為1.2a，該間距保證了上下兩臂間的波導模式不發(fā)生干擾。調(diào)制區(qū)的長度1。=5.02a，該長度為模式完全轉(zhuǎn)化長度。
[0028]當頻率為ω =0.6468 (2 π c/a)的光信號自左向右沿Mach-Zehder干涉儀傳播時，上下兩臂同時產(chǎn)生相位相反的模式耦合，光信號由TEtl模式轉(zhuǎn)化為TE1模式。在匯合處，上下兩臂的信號發(fā)生干涉相消而不能繼續(xù)在波導中傳播。而光信號以TEtl模式自右向左傳播時，不發(fā)生模式耦合，可以匯合至波導中繼續(xù)傳播。圖5與圖6為光場分布的FDTD數(shù)值模擬結(jié)果。 [0029]該設(shè)計方案不僅通過同時在時間和空間上對光信號進行調(diào)制擾動，從而使得正向傳播的光信號滿足相位匹配條件而發(fā)生模式耦合而反向傳播的光信號則不發(fā)生改變，還針對光信號TE模的第一個偶對稱模式和TE模的第一個奇對稱模式分布進行了耦合強度優(yōu)化，能大大減小光隔離器的尺度。本發(fā)明所提出的光隔離器設(shè)計方案，可以在現(xiàn)有CMOS工藝條件下進行大規(guī)模集成且不對信號強度有任何依賴。
[0030]以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的【具體實施方式】。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的娃基光隔離器，其特征在于，包括一個娃基Mach-Zehder干涉儀和實施在所述Mach-Zehder干涉儀上臂、下臂的上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)、下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)， 所述上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)將沿上臂正向傳播的一特定頻率光信號耦合成一目標頻率的光信號，所述下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)將沿下臂正向傳播的光信號耦合成所述目標頻率的光信號，所述下微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)耦合產(chǎn)生的目標頻率光信號與所述上微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的目標頻率光信號相位相反；當光信號沿干涉儀反向傳播時上臂及下臂均不發(fā)生信號耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的硅基光隔離器，其特征在于，所述含時微擾調(diào)制結(jié)構(gòu)實施于所述上臂波導、下臂波導的方法為: 在所述上臂與下臂的波導中進行摻雜，造成折射率的起伏，然后對摻雜后的波導通電，造成折射率的時間變化。
3.如權(quán)利要求1或2所述的Mach-Zehder干涉儀結(jié)構(gòu)的硅基光隔離器，其特征在于，所


【文檔編號】G02F1/225GK103472536SQ201310360194
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】劉燁, 高卓旸, 姜淳 申請人:上海交通大學