專利名稱：一種雙偏振態(tài)信號(hào)處理集成芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速大容量光纖傳輸系統(tǒng)，尤其涉及雙偏振態(tài)信號(hào)處理集成芯片。
背景技術(shù)：
隨著全球信息交流的指數(shù)增長(zhǎng)，對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)高速率大容量要求越來(lái)越高，為了滿足這種需求，各種高階調(diào)制格式，如四相相移鍵控(QPSK)、正交幅度調(diào)制(QAM)等結(jié)合各種復(fù)用技術(shù)，如波分復(fù)用(WDM)、空分復(fù)用(SDM)以及偏振復(fù)用(PDM)等被應(yīng)用得越來(lái)越多。在這些復(fù)用技術(shù)中，PDM是利用兩個(gè)垂直偏振態(tài)攜帶兩路獨(dú)立的信號(hào)進(jìn)行傳輸，它能很方便的將信號(hào)速率提高一倍，因此PDM越來(lái)越受到人們的重視，在光纖傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用得也越來(lái)越多，相應(yīng)的，用于PDM的集成發(fā)射機(jī)與接收機(jī)也報(bào)道得越來(lái)越多。但是遺憾的是，用于PDM的集成器件信號(hào)處理報(bào)道的還比較少，而之前報(bào)道的PDM的信號(hào)處理都是利用離散器件。對(duì)于集成器件的PDM信號(hào)處理，傳統(tǒng)的方法就是首先利用偏振分束器(PBS)將輸入的雙偏振態(tài)信號(hào)分成橫電模(TE)和橫磁模(TM)模式,然后利用針對(duì)于TE和TM的信號(hào)處理器件對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行處理，最后通過(guò)偏振合束器(PBC)將處理好的雙偏振態(tài)的信號(hào)合并輸出，結(jié)構(gòu)如附圖1所示，這種方法一方面要設(shè)計(jì)制作性能良好的PBS，用于減少兩路偏振態(tài)之間的串?dāng)_，另一方面要設(shè)計(jì)針對(duì)不同模式的信號(hào)處理器件，這樣就增加了器件設(shè)計(jì)以及制作的難度。對(duì)這種方案的一種改進(jìn)的方法就是利用二維光子晶體光柵將PDM信號(hào)耦合進(jìn)波導(dǎo)中，在這里二維光子晶體光柵充當(dāng)了耦合器以及PBS兩個(gè)功能，由于二維光子晶體光柵的特性，耦合進(jìn)波導(dǎo)中的光都是以TE模式傳輸，因此在這種方案中就不需要設(shè)計(jì)和制作針對(duì)不同模式的信號(hào)處理器件，只需要設(shè)計(jì)和制作針對(duì)TE模式的信號(hào)處理器件即可，最后再將處理后的信號(hào)通過(guò)二維光子晶體光柵耦合輸出，如附圖2所示，在這種方案中，克服了前一種方案中需要解決的偏振相關(guān)性問(wèn)題，但是這種方案中所用到的器件比較多，包括了兩個(gè)二維光子晶體光柵和2個(gè)信號(hào)處理器件。這樣就導(dǎo)致集成器件的尺寸比較大，同時(shí)為了保證對(duì)不同偏振態(tài)信號(hào)處理的一致性，對(duì)器件的制作要求就比較高，這樣就增加了工藝的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種雙偏振態(tài)信號(hào)處理集成芯片，它克服PDM信號(hào)處理所存在的器件尺寸大同時(shí)工藝復(fù)雜度高的缺點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種雙偏振態(tài)信號(hào)處理集成芯片，其特征在于，包括一個(gè)二維光子晶體光柵和一個(gè)信號(hào)處理器件，所述二維光子晶體光柵與信號(hào)處理器件通過(guò)波導(dǎo)組成環(huán)形回路。本發(fā)明的原理是，利用二維光子晶體光柵將光纖中互相垂直的兩個(gè)偏振態(tài)的光分別耦合到不同的波導(dǎo)中，由于二維光子晶體的特性，耦合進(jìn)入波導(dǎo)中的光都是以同一模式(均為TE模式或均為TM模式)傳輸，但是這兩束光分別沿順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较騻鬏敳⑼ㄟ^(guò)同一個(gè)信號(hào)處理器件進(jìn)行處理，最后再通過(guò)輸入的二維光子晶體光柵耦合輸出。需要注意的是，輸入X偏振態(tài)的光最后稱合輸出變成了 Y偏振態(tài)的光，而相應(yīng)的Y偏振態(tài)的光最后率禹合輸出變成了 X偏振態(tài)的光，但是這兩個(gè)光的垂直性是保持的，這對(duì)于PDM信號(hào)處理是沒(méi)有影響的。由于在此發(fā)明中僅僅使用了一個(gè)二維光子晶體光柵和一個(gè)信號(hào)處理器件，大大減小了所需器件的數(shù)量，因此集成器件的尺寸就能大大減小，同時(shí)由于兩個(gè)偏振態(tài)的光是通過(guò)同一個(gè)信號(hào)處理器件進(jìn)行處理，就能保證制作出的信號(hào)處理器件對(duì)兩個(gè)偏振態(tài)的光進(jìn)行處理的一致性，這樣就很大程度上減小了器件設(shè)計(jì)制作的復(fù)雜度。作為進(jìn)一步優(yōu)化的方案，由于二維光子晶體光柵具有四個(gè)端口，而環(huán)形回路只用到了二維光子晶體光柵的兩個(gè)端口，即有兩個(gè)端口空置。這樣，部分光會(huì)通過(guò)兩個(gè)空置端口耦合損耗。為了減小這個(gè)損耗，在所述二維光子晶體光柵的兩個(gè)空置端口上分別制作有布拉格反射光柵，布拉格反射光柵將光反射回來(lái)，以減小光損耗。優(yōu)選的，在本發(fā)明中，所述信號(hào)處理器件選擇不同器件，如濾波器、微分器和解調(diào)器等就能實(shí)現(xiàn)不同功能的PDM信號(hào)處理。這樣大大增加了器件的靈活性。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說(shuō)明。圖1為現(xiàn)有常規(guī)方案的PDM信號(hào)處理芯片結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有改進(jìn)的一種用于PDM信號(hào)處理芯片結(jié)構(gòu)示意圖。圖3所示為本發(fā)明提出的PDM信號(hào)處理芯片結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖4所示為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的PDM信號(hào)處理結(jié)構(gòu)圖(以DI為例)，圖中，101—布拉格反射光柵、102— 二維光子晶體光柵、103—延時(shí)干涉儀D1、104—輸入輸出耦合光纖。圖5 (a)所示為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的輸入信號(hào)為X偏振方向時(shí)通過(guò)二維光柵耦合進(jìn)波導(dǎo)功率分配情況示意圖。圖5 (b)所示為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的輸入信號(hào)為y偏振方向時(shí)通過(guò)二維光柵耦合進(jìn)波導(dǎo)功率分配情況示意圖。圖5 (C)所不為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的輸入信號(hào)為45°偏振方向時(shí)通過(guò)二維光柵耦合進(jìn)波導(dǎo)功率分配情況示意圖。圖6所示為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的信號(hào)處理器件以延時(shí)干涉儀(DI)為例的傳輸譜線圖。
具體實(shí)施例方式如圖3所示的本發(fā)明的PDM信號(hào)處理芯片結(jié)構(gòu)示意圖，包括一個(gè)二維光子晶體光柵和一個(gè)信號(hào)處理器件，所述二維光子晶體光柵與信號(hào)處理器件通過(guò)波導(dǎo)組成環(huán)形回路。如圖4所示為結(jié)構(gòu)緊湊的PDM信號(hào)處理芯片，其中信號(hào)處理器件以DI為例。本發(fā)明的關(guān)鍵在于巧妙地設(shè)計(jì)了一個(gè)二維光子晶體光柵和一個(gè)信號(hào)處理器件通過(guò)波導(dǎo)組成環(huán)形結(jié)構(gòu)，在這個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)中，信號(hào)光的輸入輸出利用了同一個(gè)二維光子晶體光柵，在實(shí)際測(cè)試中，為了減小光纖垂直芯片入射而導(dǎo)致的芯片表面反射所帶來(lái)的影響，可以將輸入光纖傾斜10°左右的角度來(lái)入射以減小芯片表面的反射，不同偏振態(tài)的光進(jìn)入二維光子晶體光柵后耦合進(jìn)波導(dǎo)的功率情況如圖5所示，在圖5 Ca)中，輸入光偏振方向是沿X方向，耦合進(jìn)入y方向的波導(dǎo)中，在圖5 (b)中，輸入光偏振方向是沿y方向，耦合進(jìn)入X方向的波導(dǎo)中，在圖5 (c)中,輸入光偏振方向是沿45°角方向,光就會(huì)同時(shí)I禹合進(jìn)X和y方向的波導(dǎo)中。因此，在本發(fā)明芯片的實(shí)際應(yīng)用時(shí)，只需在耦合光纖前面加入偏振控制器(PC)，通過(guò)調(diào)節(jié)偏振控制器(PC)來(lái)控制輸入光的偏振態(tài)，以達(dá)到將不同偏振態(tài)光耦合進(jìn)不同波導(dǎo)中的目的，如圖4所示的相互垂直的x-pol、y-pol信號(hào)光。同時(shí)，在圖4中可以看到，二維光子晶體光柵有四個(gè)端口，而只用到了其中兩個(gè)端口、另外兩個(gè)端口空置。則有部分光通過(guò)另外兩個(gè)空置端口耦合損耗了。因此為了減小這個(gè)損耗，在芯片制作過(guò)程中，在二維光子晶體光柵的另外兩個(gè)端口同時(shí)制作布拉格反射光柵如圖4所示，將光反射回來(lái)以減小損耗。在本發(fā)明中的信號(hào)處理器件只用到了一個(gè)，沿順時(shí)針和逆時(shí)針傳播的光反向通過(guò)了這個(gè)器件。光纖中PDM信號(hào)為X和y方向的偏振光，通過(guò)二維光子晶體光柵，同時(shí)耦合進(jìn)波導(dǎo)中以同一模式(在此例中為TE模式)進(jìn)行傳輸,其中X偏振態(tài)光沿順時(shí)針?lè)较騻鬏敹鴜偏振態(tài)光沿逆時(shí)針?lè)较騻鬏?，兩束光以相反方向通過(guò)DI進(jìn)行處理，最后兩束光通過(guò)輸入的二維光子晶體光柵耦合輸出，需要注意的是X偏振態(tài)的光耦合出來(lái)的時(shí)候變成I偏振態(tài)的光，而y偏振態(tài)的光稱合出來(lái)的時(shí)候變成X偏振態(tài)的光，雖然偏振態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，但是兩束光的垂直性并沒(méi)有發(fā)生改變。即通過(guò)這種環(huán)形結(jié)構(gòu)，就能很方便的進(jìn)行PDM信號(hào)的信號(hào)處理。圖6所示為這種環(huán)形結(jié)構(gòu)以DI為例兩個(gè)偏振態(tài)的傳輸譜線，從圖6的測(cè)試結(jié)果可以看出，DI的兩個(gè)偏振態(tài)的傳輸譜線基本是重合的，可見(jiàn)在這種環(huán)形結(jié)構(gòu)下，能保證僅僅使用一個(gè)信號(hào)處理器件就能對(duì)PDM信號(hào)進(jìn)行一致的處理。在圖4中是以DI為例來(lái)說(shuō)明的，也可以利用其它濾波器器件，如微環(huán)、陣列波導(dǎo)光柵(AWG)，或者是微分器或者解調(diào)器，來(lái)替換DI來(lái)實(shí)現(xiàn)不同功能的PDM信號(hào)處理。這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員均是容易理解的，故不作贅述。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種雙偏振態(tài)信號(hào)處理集成芯片，其特征在于，包括一個(gè)二維光子晶體光柵和一個(gè)信號(hào)處理器件，所述二維光子晶體光柵與信號(hào)處理器件通過(guò)波導(dǎo)組成環(huán)形回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙偏振態(tài)信號(hào)處理集成芯片，其特征在于，在所述二維光子晶體光柵的兩個(gè)空置端口上分別制作有布拉格反射光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙偏振態(tài)信號(hào)處理集成芯片，其特征在于，所述信號(hào)處理器件為濾波器、微分器和解調(diào)器。
全文摘要
本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)緊湊的用于雙偏振態(tài)信號(hào)處理集成芯片，包括一個(gè)二維光子晶體光柵和一個(gè)信號(hào)處理器件，所述二維光子晶體光柵與信號(hào)處理器件通過(guò)波導(dǎo)組成環(huán)形回路。通過(guò)二維光子晶體光柵，將光纖中的x和y偏振態(tài)的光耦合進(jìn)集成波導(dǎo)中，耦合進(jìn)波導(dǎo)中的兩個(gè)偏振態(tài)的光都是以同一模式(均為TE模式或均為TM模式)在波導(dǎo)中進(jìn)行傳輸，但是分別沿順時(shí)針和逆時(shí)針傳輸并通過(guò)同一個(gè)信號(hào)處理器件進(jìn)行處理，最后再通過(guò)輸入的二維光子晶體光柵耦合輸出。本發(fā)明只用到了一個(gè)耦合光柵和一個(gè)信號(hào)處理器件，這樣就大大的減小了器件的尺寸以及工藝的復(fù)雜程度。
文檔編號(hào)G02B6/27GK103149633SQ201310062530
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者余宇, 張新亮, 向磊, 秦亞光 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)