[发明专利]双向可调的热光移相器及其网络结构

说明书

本发明提供一种双向可调的热光移相器及其网络结构，该热光移相器包括：至少两个光波导结构、至少两个温度调节单元、第一电学端口及第二电学端口，温度调节单元一一对应设置在光波导结构上方或者两侧；温度调节单元包括：串接的PN结及金属加热单元；至少一个温度调节单元中的PN结与其余温度调节单元中的PN结反向设置且共接于第一电学端口，所有温度调节单元中的金属加热单元共接于第二电学端口。本发明的双向可调的热光移相器及其网络结构可以在不增加电学端口的情况下实现光波导结构相位差的双向调节，从而有效降低热光移相器的功耗；另外，大大减少了基于该双向可调的热光移相器的网络结构的电学端口数目，同时提高工艺容差。

技术领域

本发明涉及热光移相器技术领域，特别是涉及一种双向可调的热光移相器及其网络结构。

背景技术

随着半导体技术的发展，芯片的尺寸目前已经缩小到了极限。为了进一步的开发具有更高性能的芯片，突破摩尔定律，不需缩小器件体积就能提高器件性能的硅基光电子芯片应运而生。硅基光电子芯片一般通过电光、热光、以及声光来对光的强度、振幅、频率、相位、偏振以及传播方向等进行调制。其中，利用热光来实现光相位变化的热光移相器是硅基芯片中一种常用的功能性器件。

目前，由热光移相器构成的MZI结构已经应用到光子集成器件的光开关阵列的拓扑结构和光子人工智能等网络中。在这些网络中，MZI都设计成等臂结构，这样可以保证网络工作的大带宽和光在一个2P_π功耗内任意相位和功率的可调。然而在实际制作过程中，常常会由于工艺不确定性导致MZI的两臂不相等，即光经过MZI后的初始相位差不在0相位，以如图1所示的示例进行说明，图1中实际制作得到的MZI，在光经过MZI后的初始相位差不在0相位而在0.5π相位，此时对于传统的热光移相器，无论是正压还是负压，由于相位只能单向移动，所以，当需要传统的热光移相器实现光经过MZI后的相位差为0.3π时，由于其移相的单向性，传统的热光移相器需要先移相至2π然后继续至2.3π才能实现0.3π的相位变化，此过程需要大约6.5V的电压才可以实现，这将大大增加热光移相器的功耗。

此外，当前常用的热光移相器至少需要两个电学输入/输出(Input/Output，IO)端口来进行控制，如果需要实现热光移相器相位的双向可调，则需要三个电学输入/输出端口，当将这种热光移相器作为单元器件用于光开关拓扑结构、光子人工智能等网络性结构时，电学端口数目将会随移相器的数目增加而快速增长，这大大增加了器件电学封装的难度和成本，也限制了基于热光移相器的网络型结构的规模扩大。

综上所述，如何提供一种热光移相器及其网络结构，以降低热光移相器的功耗及减少热光移相器网络结构电学端口的数目，是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双向可调的热光移相器及其网络结构，用于解决现有技术中的热光移相器的功耗高，实际工作过程中温度调节单元电阻大小不稳定且基于该热光移相器的网络结构的电学端口数目多等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双向可调的热光移相器，所述热光移相器包括：

至少两个光波导结构、至少两个温度调节单元、第一电学端口及第二电学端口，所述温度调节单元一一对应设置在所述光波导结构上方或者两侧，所述温度调节单元用于调节与其对应的所述光波导结构引导的光波的相位；

所述温度调节单元包括：串接的PN结及金属加热单元；

至少一个所述温度调节单元中的所述PN结与其余所述温度调节单元中的所述PN结反向设置且共接于所述第一电学端口，所有所述温度调节单元中的所述金属加热单元共接于所述第二电学端口。