[发明专利]基于多模波导的新型光调制器

说明书

本发明公开了一种基于多模波导的新型光调制器。其结构是具有多模调制结构的电致吸收调制器、具有多模调制结构的相位调制器或者具有多模调制结构的马赫泽德干涉仪调制器，多模调制结构包含模式复用器、模式解复用器、第一多模连接波导、多模波导光调制区、第二多模连接波导，多模调制结构是以模式复用器的输入端作为多模调制结构的输入端，以模式复用器的输入端或者模式解复用器的输出端作为多模调制结构的输出端。本发明利用多模波导光调制区以及模式复用‑解复用技术，使得光能够以不同模式的方式多次经过光调制区，显著增强对光场的调控效果，可降低驱动电压，并提升消光比和调制速度等性能，适用于各种光调制结构和原理。

技术领域

本发明属于集成光电子器件领域，具体涉及一种基于多模波导的新型光调制器。

背景技术

光调制器是光通信、光互连等系统必不可少的核心器件，也是实现超高容量光通信技术的关键器件。基于光波导技术的集成型光调制器是当前的主流技术。从调制机理上看，主要包括以下几种：采用电光材料的电光效应、半导体材料的载流子色散效应和电致吸收效应等；从光调制器结构上来看，主要有基于单波导结构的电致吸收型振幅型调制器、马赫泽德干涉仪(MZI)结构的振幅调制器或位相型调制器等。

随着光通信容量需求日益增长，系统对光调制器的相关指标提出新的要求，包括：超小尺寸、超低驱动电压、超高速度、超高消光比。目前某些技术或设计能满足某些单一指标，但非常难以同时满足这些要求。事实上，如何同时满足这些要求成为了当前光调制器研究面临的重大挑战。

要应对这一挑战，其关键在于如何加强光与光调制区的相互作用。最常用的方法是增加光调制区长度，从而增加光与光调制区的相互作用，由此可达到降低驱动电压或提升消光比的效果。然而，光调制区长度的增加，不但使得器件尺寸增大，而且使得器件电容增大，严重限制了器件调制速度方面的性能。因此，这种方法并非最佳选择。

为了增强光与光调制区的相互作用，另一种常用的方法是引入微腔，通过谐振的方法来加强光与光调制区的相互作用，从而减小器件尺寸、降低驱动电压。然而，微腔调制器的最大问题在于其工作波长单带非常窄，因而需要非常好的谐振波长控制方法，极大地限制了其应用。

因此，亟需发明新的方法与结构，显著增强光与光调制区的相互作用，从而实现小尺寸、低驱动电压、高速度、高消光比等光调制器。

发明内容

为了解决背景技术中缺少同时满足多方面要求的光调制器的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于多模波导的新型光调制器，能够显著增强光与光调制区的相互作用，从而实现小尺寸、低驱动电压、高速度、高消光比等光调制器。

本发明采用的技术方案是：

本发明的光调制器是具有多模调制结构的电致吸收调制器，或是具有多模调制结构的相位调制器，或是具有多模调制结构的马赫泽德干涉仪(MZI)调制器。

所述的多模调制结构是主要由接入波导、第一弯曲连接波导组、模式复用器、第一多模连接波导、多模波导光调制区、第二多模连接波导、模式解复用器、第二弯曲连接波导组和接出波导构成，以模式复用器的输入端作为所述多模调制结构的输入端，以模式复用器的输入端或者模式解复用器的输出端作为所述多模调制结构的输出端。

所述的多模调制结构中，模式复用器的输入端口和模式解复用器的输出端口数量相同均为奇数个，接入波导与模式复用器的第一个输入端相连，模式复用器以第2i个输入端口与第2i+1个输入端口之间通过第一弯曲连接波导相连的方式将第一个输入端和最后一个输入端口之间的每两个输入端口相连，模式复用器的输出端口依次通过第一多模连接波导、多模波导光调制区、第二多模连接波导与模式解复用器输入端相连，模式解复用器以第2i-1个输出端口与第2i个输出端口通过第二弯曲连接波导相连的方式将每相邻的两个输出端口相连，模式解复用器的第N个输出端口与接出波导相连；i为整数且1≤i≤N/2，N表示模式复用器输入端口的总数和模式解复用器的输入端口总数。