[发明专利]一种基于二维光栅耦合的偏振无关型电光调制器

说明书

本发明提供了一种基于二维光栅耦合的偏振无关型电光调制器，自下而上依次包括衬底、下包层、硅器件层、上包层，以及在硅器件层上刻蚀形成的八个模斑转换器和四个硅基光波导、两个四通道输入\输出二维光栅耦合器、两个硅基PN结光波导相移器以及一个GSG单驱动共面波导行波电极，所述硅基PN结光波导相移器为以硅材料形成的波导结构，至少两个硅基光波导中的中间一段由波导结构替代而成，所述GSG单驱动共面波导行波电极设置于硅基PN结光波导相移器上方并其平板区接触。本发明可以实现四通道的光分束和光合束，并可以实现光相位调制到光强度调制的转换，此外光纤与光栅耦合器是垂直耦合，具有耦合效率高、偏振相关损耗较低、对准容差能力强的优势。

技术领域

本发明属于硅基光子学及芯片级光互连技术，尤其涉及一种基于二维光栅耦合的偏振无关型电光调制器。

背景技术

在科学技术迅速发展的现代社会中，大量的信息和数据交换需要一个高速、宽带的通信系统。而随着集成电路工艺节点不断下降，微电子工艺的局限性也是日趋明显。一方面是由于器件线宽的不断减小，传统的光刻加工手段已经接近极限；另一方面是由于随着晶体管尺寸和互连线尺寸的同步缩小，单个晶体管的延时和功耗越来越小，而互连线的延时和功耗却越来越大并占据主导地位。于是人们选择一种片上光互连的方式来辅助乃至替代电互连传递。光互连有明显的优势，其高带宽、低能耗、延迟小、抗电磁干扰的优点是芯片内铜互连线所无法比拟的。因此研究芯片级的光子技术对于实现片上光互连和解决微电子芯片的性能瓶颈具有十分重要的意义和价值。

电光调制器是光通信网络、微波光子系统等复杂光通信的关键器件，作为高速的电调制信号与光载波的接口，电光调制器的性能对于互连系统的通信容量和通信质量等至关重要。通常情况下，电光调制器的调制参量为光波强度。Ⅲ-Ⅴ族材料，例如GaAs和InP-InGaAs，具有非常好的电光特性，可以轻而易举的达到40Gbit/s的调制速率和探测速率，常常作为电光调制器和光电探测器使用。而其价格较过于昂贵，对于片上光互连系统而言，不足以达到广泛使用的目的。对于一个理想的强度电光调制器而言，其应该具备低光损耗、低驱动电压、高带宽、高线性度、小尺寸和低制造成本等诸多优点。近些年来，随着硅基光电子学的研究兴起，人们对于硅基电光调制器的研究兴趣愈发浓厚并取得了较快进展。作为一种高速电光转换器件，硅基电光调制器具有波导结构紧凑、集成度高、CMOS工艺兼容等优点，在面向短距离数据通信应用的光收发模块、光互连中获得了巨大成功。

在现有的技术方案中，CN202010970699.X号专利里的二维光栅耦合器通过模斑转换器与波导连接，移相区电极放置于波导周围，二维光栅耦合器接收/输出任意偏振态的光，模斑转换器实现波导与二维光栅耦合器之间的耦合，电极位于两波导臂周围，与所述波导组成的调制区域内，实现对波导内传递光波的相位调制。

对于该技术依旧存在些许不足之处：

1、该方案技术仅仅可以实现对光相位的调制，不能实现对光强度的调制。

2、现有技术中光纤与光栅耦合器为倾斜耦合，片上测试时需要对光纤的角度进行调谐，并且光纤封装时需要进行角度抛光，无形中增加了芯片的封装成本。

3、现有技术中仅仅能够实现两通道的传输，通道比较单一。

发明内容