本技術涉及光通信，具體涉及一種片上集成波分復用器及光子集成電路芯片。

背景技術：

1、波分復用通過不同的波長攜帶多路信號，在單根光纖/波導中傳輸、交換，是光通信實現(xiàn)信息擴容的關鍵技術，其中用于實現(xiàn)波分復用和解復用的器件稱為波分復用器件(mux)和波分解復用器件(demux)，是波分復用系統(tǒng)的核心器件。然而，在波分復用器件的實際應用場景中，由于激光器等受到環(huán)境溫度、制作誤差等各種不穩(wěn)定因素的影響，往往會造成輸出波長偏移目標波長，從而引起通道間的顯著損耗和串擾問題。在這種應用場景下，需要大寬帶、平坦型的波分復用器件，以容納激光器的波長偏移，保證波分復用系統(tǒng)正常工作。

2、如圖1所示的片上集成波分復用器的結構，其包括第一級復用模塊100’和第二級復用模塊200’，可以顯著改善波分復用器件的通道帶寬，它利用兩個平坦型波分復用器件(平頂波分復用器件110’)進行第一級復用，再通過偏振復用模塊230’進行第二級復用，從而實現(xiàn)更大波長范圍內(nèi)的平坦輸出，且該結構僅包含被動器件，無需外加調(diào)節(jié)，貼合實際應用場景。然而，這種波分復用器件結構采用至少兩個平坦型的波分復用器件進行帶寬的展寬，會導致整個波分復用系統(tǒng)的尺寸翻倍，并不利于高密度、高速率光子芯片的實現(xiàn)。

技術實現(xiàn)思路

1、本技術的目的在于提供一種片上集成波分復用器及光子集成電路芯片，用以實現(xiàn)具有更大帶寬的平坦波分復用功能，同時簡化波分復用器件結構的復雜度和尺寸。

2、根據(jù)本技術的一個方面，提供了一種片上集成波分復用器，所述波分復用器集成于一光子集成電路芯片上，包括一個偏振兼容的平頂波分復用結構，所述平頂波分復用結構具有第一輸入波導組、第二輸入波導組和一個輸出波導，所述第一輸入波導組包括多個第一輸入波導，所述第二輸入波導組包括多個第二輸入波導，所述第二輸入波導組位于所述第一輸入波導組的一側；

3、所述多個第一輸入波導被配置為分別對應接收預定的第一波長分組且具有第一偏振態(tài)的多路入射光，所述多個第二輸入波導被配置為分別對應接收預定的第二波長分組且具有第二偏振態(tài)的多路入射光，所述輸出波導為偏振兼容的波導，所述輸出波導被配置為輸出多波長-偏振復用光，其中，所述第一偏振態(tài)和所述第二偏振態(tài)相互垂直；

4、所述第一波長分組為具有預定波長間隔的λ1、λ2、λ3……λn波長中的奇數(shù)分組和偶數(shù)分組的其中一組，所述第二波長分組為其中另一組，其中n≥4，且n為正整數(shù)，λ1、λ2、λ3……λn按所述預定波長間隔從小到大或從大到小順序排列；

5、所述平頂波分復用結構被配置為具有第一偏振態(tài)的多路入射光和具有第二偏振態(tài)的多路入射光在其內(nèi)的傳輸模式的有效折射率具有預定差值，使所述多個第一輸入波導接收到的具有第一偏振態(tài)的多路入射光和所述多個第二輸入波導接收到的具有第二偏振態(tài)的多路入射光在所述平頂波分復用結構內(nèi)合為一路多波長-偏振復用光并從所述輸出波導輸出。

6、根據(jù)本技術的一些實施例，所述平頂波分復用結構中每個所述第一輸入波導或所述第二輸入波導對應的通道的帶寬覆蓋由其所對應的所述第一輸入波導或所述第二輸入波導配置的入射光的中心波長加上預設的偏移量閾值對應的頻帶范圍。

7、根據(jù)本技術的一些實施例，所述預設的偏移量閾值為itu標準規(guī)定的偏移量，所述預定波長間隔為通信系統(tǒng)要求的波長間隔，所述帶寬為相應通道的1db帶寬，所述1db帶寬大于或等于兩倍的所述偏移量閾值，且小于兩倍的所述預定波長間隔。

8、根據(jù)本技術的一些實施例，還包括多個偏振旋轉器，所述偏振旋轉器的數(shù)量與所述第一輸入波導的數(shù)量或者所述第二輸入波導的數(shù)量一致；

9、所述第一輸入波導組和所述第二輸入波導組的其中一組的每個輸入波導均級聯(lián)一個所述偏振旋轉器，用于改變輸入到相應組的每個波長信號的偏振態(tài)，使入射到所述第一輸入波導組的入射光的偏振態(tài)與入射到所述第二輸入波導組的入射光的偏振態(tài)相垂直。

10、根據(jù)本技術的一些實施例，所述平頂波分復用結構包括多個多模干涉器，以及偏振兼容的刻蝕衍射光柵結構、陣列波導光柵結構、角度型多模干涉儀結構中的任意一種，每一所述第一輸入波導和每一所述第二輸入波導均通過一個所述多模干涉器連接所述刻蝕衍射光柵結構、所述陣列波導光柵結構或者所述角度型多模干涉儀結構。

11、根據(jù)本技術的一些實施例，所述平頂波分復用結構包括多個多模干涉器和一個偏振兼容的刻蝕衍射光柵結構，所述刻蝕衍射光柵結構包括多個第一輸入通道、多個第二輸入通道、自由傳輸區(qū)、刻蝕衍射光柵齒面以及一個輸出通道，其中，所述多個第一輸入通道、所述多個第二輸入通道和所述輸出通道分別位于所述自由傳輸區(qū)的羅蘭圓圓周上的不同位置，每一所述第一輸入通道均通過一個所述多模干涉器連接每一所述第一輸入波導，每一所述第二輸入通道均通過一個所述多模干涉器連接每一所述第二輸入波導；

12、所述自由傳輸區(qū)包括平板波導，所述平板波導被配置為使輸入的具有第一偏振態(tài)的多路入射光和具有第二偏振態(tài)的多路入射光在其內(nèi)傳輸模式的有效折射率具有所述預定差值；所述刻蝕衍射光柵齒面被配置為對經(jīng)過所述自由傳輸區(qū)的具有第一偏振態(tài)的多路入射光和具有第二偏振態(tài)的多路入射光分別進行衍射，以使得所述具有第一偏振態(tài)的多路入射光和具有第二偏振態(tài)的多路入射光均聚焦到所述輸出通道處，并合為一路多波長-偏振復用光由所述輸出波導輸出。

13、根據(jù)本技術的一些實施例，所述平頂波分復用結構包括多個多模干涉器和一個陣列波導光柵結構，所述陣列波導光柵結構包括一個輸入平板波導、一個輸出平板波導、以及連接于所述輸入平板波導和所述輸出平板波導之間的多個陣列波導，每個所述第一輸入波導和每個所述第二輸入波導均通過一個所述多模干涉器連接所述輸入平板波導，所述輸出波導連接所述輸出平板波導；每個所述陣列波導包括錐波導、直波導和彎曲波導，相鄰兩個陣列波導之間具有一恒定的長度差，在所述輸入平板波導和所述輸出平板波導內(nèi)，所述第一偏振態(tài)與所述第二偏振態(tài)的有效折射率具有所述預定差值，使具有第一偏振態(tài)的多路入射光和具有第二偏振態(tài)的多路入射光在經(jīng)過所述陣列波導光柵結構中的所述多個陣列波導的相位配置后合為一路多波長-偏振復用光由所述輸出波導輸出。

14、根據(jù)本技術的一些實施例，所述平頂波分復用結構包括多個多模干涉器和一個角度型的多模干涉儀結構，所述角度型的多模干涉儀結構包括多個所述第一輸入波導、多個所述第二輸入波導、多模干涉區(qū)和一個所述輸出波導，其中，每一所述第一輸入波導和每一所述第二輸入波導均通過一個多模干涉器連接于所述多模干涉區(qū)的同一側，各所述第一輸入波導和所述輸出波導與所述多模干涉區(qū)的連接處之間的水平軸向距離與各所述第二輸入波導和所述輸出波導與所述多模干涉區(qū)的連接處之間的水平軸向距離被配置為具有預設差值；

15、所述多模干涉區(qū)被配置為使輸入的具有第一偏振態(tài)的多路入射光和具有第二偏振態(tài)的多路入射光在其內(nèi)傳輸模式的有效折射率具有所述預定差值，以使輸入的所述具有第一偏振態(tài)的多路入射光和所述具有第二偏振態(tài)的多路入射光聚焦到所述輸出波導處，并合成一路多波長-偏振復用光由所述輸出波導輸出。

16、根據(jù)本技術的一些實施例，所述片上集成波分復用器包括襯底和位于襯底上面的芯層，所述平頂波分復用結構位于所述芯層，所述芯層為氮化硅層、硅層或者鈮酸鋰層中的任一種。

17、根據(jù)本技術的一些實施例，所述波分復用器還包括耦合結構，所述耦合結構與所述平頂波分復用結構的輸出波導相連，用于將所述平頂波分復用結構的輸出波導輸出的多波長-偏振復用光信號耦合至外部光纖。

18、根據(jù)本技術的又一方面，提供了一種光子集成電路芯片，所述光子集成電路芯片包括前述任一所述的片上集成波分復用器。

19、在本技術實施例提供的片上集成波分復用器及光子集成電路芯片中，波分復用器包括一個偏振兼容的平頂波分復用結構，該平頂波分復用結構具有第一輸入波導組、第二輸入波導組和一個輸出波導，由于該平頂波分復用結構對第一輸入波導組、第二輸入波導組被配置的中心波長進行了奇偶分組，且使不同分組的光信號分別以不同的偏振態(tài)輸入波分復用器，并基于單個偏振兼容的平頂波分復用結構，通過配置該平頂波分復用結構的相應的參數(shù)，比如配置為不同偏振態(tài)的多路入射光在其內(nèi)的傳輸模式的有效折射率具有預定差值，將兩組不同偏振態(tài)的多路不同波長的光信號復用為一路多波長-偏振復用光，降低了相鄰通道間的信號串擾，且簡化了波分復用器的結構復雜度和尺寸，利于提高光子集成電路芯片的集成度。