Dp-16qam硅基光調(diào)制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信和光子信息處理領(lǐng)域，尤其涉及一種光通信中用來將待傳輸電信號加載到光載波上的硅基光調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002]自上世紀(jì)80年代以來，光纖通信系統(tǒng)就一直是不斷擴(kuò)容的全球通信系統(tǒng)的基石。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實、電子商務(wù)、社交網(wǎng)絡(luò)等新興應(yīng)用的蓬勃興起，骨干或核心通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)對容量的需求長期處于強(qiáng)勁態(tài)勢，這種通信容量的強(qiáng)勁增長又直接推動光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)向高速、大容量方向發(fā)展。
[0003]目前，10Gb/s與40Gb/s波分復(fù)用(WDM)光通信系統(tǒng)已經(jīng)廣泛用于骨干與核心通信網(wǎng)絡(luò)。最近，100Gb/s光通信系統(tǒng)已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，相關(guān)模塊和系統(tǒng)逐漸成熟并開始商用，如果規(guī)模部署，通信總?cè)萘靠深A(yù)期提升10倍以上。
[0004]相干光通信與DSP數(shù)字信號處理技術(shù)的結(jié)合讓我們可以靈活采用更高階的復(fù)雜調(diào)制格式，利用不同的偏振態(tài)，以及開發(fā)先進(jìn)的電域信號損傷補(bǔ)償技術(shù)，從而提高頻譜效率并最終提高光纖通信總?cè)萘?。為了延續(xù)這一發(fā)展趨勢并持續(xù)降低每比特通信成本，下一代光通信系統(tǒng)設(shè)計不僅要考慮單信道速率的提升，還要同時考慮頻譜效率的增強(qiáng)。從平衡實現(xiàn)復(fù)雜度與頻譜效率的角度來看，DP-16QAM(中文含義)雙偏振16進(jìn)制正交幅度調(diào)制格式將成為400G光通信系統(tǒng)的熱門候選。因此，研究基于DP-16QAM調(diào)制格式的400G下一代相干光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵光電子器件對于未來光通信系統(tǒng)的設(shè)計具有重要意義。由于光調(diào)制器直接決定了發(fā)送機(jī)產(chǎn)生的信號質(zhì)量，DP-16QAM調(diào)制器是所需光電子器件的重中之重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種基于硅基結(jié)構(gòu)的DP-16QAM光調(diào)制器，使得它非常適合用來實現(xiàn)先進(jìn)調(diào)制格式光調(diào)制器的各個光學(xué)功能單元，并集成電學(xué)控制與數(shù)據(jù)傳輸單元形成光調(diào)制器集成模塊。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種基于硅基材料的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)調(diào)制器，實現(xiàn)對光載波在兩個垂直偏振態(tài)上分別進(jìn)行16QAM調(diào)制，該硅基調(diào)制器包括:
[0007]I)娃基微納波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光功率分束器，用來把輸入的光載波分為兩束輸出；
[0008]2)硅基Mach-Zehnder干涉儀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度調(diào)制器以及相匹配的高速電路，實現(xiàn)把電信號加載到光載波上，對光載波的幅度和相位進(jìn)行調(diào)制；
[0009]3)娃基微納波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振選擇器，實現(xiàn)對輸入光信號偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)；
[0010]4)硅基微納波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的移相器，用來對所在支路的光信號實現(xiàn)相位的調(diào)節(jié)；
[0011]5)娃基微納波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光功率合束器，用來把多路光信號親合到一路中輸出。
[0012]激光器輸出的光首先親合進(jìn)入娃基微納波導(dǎo)分束器，分束器的功能是將輸入光載波分為功率相等的兩束光波，且這兩束光中的一束經(jīng)過偏振旋轉(zhuǎn)器時可以調(diào)整該束光的偏振態(tài)，從而調(diào)整后使得這兩束光的偏振態(tài)互相垂直。每一個偏振態(tài)上的光分別經(jīng)過十六進(jìn)制正交幅度調(diào)制器。當(dāng)輸入光經(jīng)過調(diào)制器的硅基波導(dǎo)臂時，如果在射頻輸入端口加載待傳輸?shù)碾娦盘枺敲催@些電數(shù)據(jù)信號就可對輸入光載波進(jìn)行十六進(jìn)制正交振幅調(diào)制，且通過特殊設(shè)計與硅基調(diào)制器相匹配的高速調(diào)制電路可以使得該調(diào)制器調(diào)制速率達(dá)到幾十Gb/s。這是其中一個偏振態(tài)上電數(shù)據(jù)信號對光載波的調(diào)制過程，另一個偏振態(tài)上的數(shù)據(jù)調(diào)制過程與此類似。調(diào)制完后的光信號再經(jīng)過合束器將這兩垂直偏振態(tài)的光合為一束后耦合到光纖或其它光傳輸介質(zhì)進(jìn)行傳輸。
[0013]本發(fā)明還提出了該基于DP-16QAM硅基光調(diào)制器的制備方法，采用CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件及相應(yīng)工藝)工藝平臺將所述功能單元集成到原型芯片中，并通過高速封裝技術(shù)與電磁兼容設(shè)計集合光學(xué)與電學(xué)功能單元，利用光刻工藝進(jìn)行加工，首先利用曝光和顯影在光刻膠層上刻畫幾何圖形結(jié)構(gòu)，然后通過刻蝕工藝將光掩模上的圖形轉(zhuǎn)移到所襯底上。
[0014]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]1、本發(fā)明最顯著的創(chuàng)新點在于利用硅基材料與工藝平臺實現(xiàn)高性能的集成光學(xué)調(diào)制芯片，并與高頻電路驅(qū)動與高速數(shù)據(jù)傳輸單元封裝成模塊，有望大大降低傳統(tǒng)實現(xiàn)方式的體積與損耗，并提高其穩(wěn)定度。由于利用光刻工藝進(jìn)行加工，光刻工藝是半導(dǎo)體器件制造工藝中的一個重要步驟，該步驟利用曝光和顯影在光刻膠層上刻畫幾何圖形結(jié)構(gòu)，然后通過刻蝕工藝將光掩模上的圖形轉(zhuǎn)移到所襯底上。這里所說的襯底不僅包含硅晶圓，還可以是其他金屬層、介質(zhì)層，例如玻璃、藍(lán)寶石，傳輸與處理光信號的硅基微納波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及傳輸高頻電信號的電極結(jié)構(gòu)均可進(jìn)行與硅基波導(dǎo)結(jié)構(gòu)尺度相匹配的精加工，之后再將這些電極在微尺度下用相應(yīng)的工具進(jìn)行定位放置，保證了集成化光調(diào)制器的功能接近設(shè)計目標(biāo)，減小了設(shè)計、加工與優(yōu)化周期。
[0016]2、本發(fā)明所提出的雙偏振的16QAM調(diào)制器可以對光載波實現(xiàn)電信號數(shù)據(jù)調(diào)制，提高通信系統(tǒng)容量。
【附圖說明】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，其中:
[0018]圖1是本發(fā)明提供的基于硅基材料的DP-16QAM調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是Mach-Zehnder強(qiáng)度調(diào)制器光功率和光電場傳輸函數(shù)曲線不意圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1是本發(fā)明提供的基于硅基材料的DP-16QAM調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該調(diào)制器主要包括:光功率分束器I (1-a、1-b、1-c)、光偏振旋轉(zhuǎn)器2、Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)強(qiáng)度調(diào)制器 3(3-a、3-b、3-c、3-d)、90 度移相器 4 (4_a、4_b)和光功率合束器 5 (5-a、5-b、5_c)。
[0021]其中光功率分束器Ι-a用來把輸入光信號分