[发明专利]基于硅光集成的光子模数转换芯片

权利要求书

1.一种基于硅光集成的光子模数转换芯片，其特征在于，该芯片包括时分复用单元、波分复用单元、模分复用单元、多模调制器、模式解复用单元、波长解复用单元和光电探测单元，采用CMOS集成电路兼容工艺将所述的时分复用单元、波分复用单元、模分复用单元、多模调制器、模式解复用单元、波长解复用单元和光电探测单元依次相连地集成在同一芯片上，构成一个完整片上芯片系统；所述的模式解复用单元和波长解复用单元，分别由一个T路模式解复用器和T个M路并行波长解复用器实现，将高重复频率光脉冲解复用为低重复频率光脉冲；所述的模式解复用单元和模式复用单元的结构相同，只是输入和输出端口相反；所述的波长解复用单元与所述的波分复用单元结构相同，只是输入和输出端口相反。

2.根据权利要求1所述的基于硅光集成的光子模数转换芯片，其特征在于，所述的时分复用单元由延迟波导级联或串联构成，将输入光脉冲分成N路，每路进行等间隔时延，然后再将时延后的N路合并为一路输出，从而将光脉冲重复频率增加为原来的N倍；所述的时分复用单元的并行波导结构由N条长度依次增加的波导并联构成，所述的时分复用单元的串行波导结构由多级双波导延迟线级联构成。

3.根据权利要求1所述的基于硅光集成的光子模数转换芯片，其特征在于，所述的波分复用单元由多级级联马赫-曾德干涉器或阵列波导光栅构成，将光脉冲分为M个波长，每个波长经过等间隔时延后再合为一路，从而将光脉冲重复频率增加为原来的M倍，所述的波分复用单元由级联微环谐振器构成。

4.根据权利要求1所述的基于硅光集成的光子模数转换芯片，其特征在于，所述的模分复用单元，由定向耦合器构成，将输入光脉冲分为T路，每路经过等间隔时延，与多模波导耦合，激发多模波导中的T个模式，从而将光脉冲重复频率增加为原来的T倍。

5.根据权利要求1所述的基于硅光集成的光子模数转换芯片，其特征在于，所述的多模调制器由马赫-曾德尔干涉器实现，输入波导内的光脉冲被均分到马赫-增德尔干涉器的两个臂上，微波信号加载到调制器上，通过PN结改变两个臂的相位差，从而实现对脉冲幅度的调制，PN结覆盖多个模式模场区域，实现对多个模式的均匀调制。

6.根据权利要求1所述的基于硅光集成的光子模数转换芯片，其特征在于，所述的光电探测单元，由T×M个并行的光电探测器构成，该光电探测器将光信号转换为低速电信号，所述的光电探测器通过在硅上外延生长锗或锗硅材料，并制作纵向或横向PIN结来实现。