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光學(xué)元件和光接收裝置

閱讀：1008發(fā)布：2020-09-26

專利匯可以提供光學(xué)元件和光接收裝置專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且一種光學(xué)元件包括：根據(jù)偏振面將從輸入端口輸入的光分成第一 信號(hào) 和第二信號(hào)的偏振分光器；將從偏振分光器輸出的第二信號(hào)的偏振面旋轉(zhuǎn)90度的偏振旋轉(zhuǎn)器；組合從偏振分光器輸出的第一信號(hào)和從偏振旋轉(zhuǎn)器輸出的第二信號(hào)并且將所得的信號(hào)分成具有相等幅度的第三信號(hào)和第四信號(hào)的第一光 耦合器 ；控制第三信號(hào)的 相位 的相位 控制器 ；以及組合從相位控制器輸出的第三信號(hào)和從第一光耦合器輸出的第四信號(hào)并且將所得的信號(hào)分成具有相等幅度的第五信號(hào)和第六信號(hào)的第二光耦合器。，下面是光學(xué)元件和光接收裝置專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種光學(xué)元件，包括：
偏振分光器，所述偏振分光器根據(jù)偏振面將從輸入端口輸入的光分成第一信號(hào)和第二信號(hào)；
偏振旋轉(zhuǎn)器，所述偏振旋轉(zhuǎn)器將從所述偏振分光器輸出的所述第二信號(hào)的偏振面旋轉(zhuǎn)
90度；
第一光耦合器，所述第一光耦合器組合從所述偏振分光器輸出的所述第一信號(hào)和從所述偏振旋轉(zhuǎn)器輸出的第二信號(hào)，并且將所得的信號(hào)分成具有相等幅度的第三信號(hào)和第四信號(hào)；
相位控制器，所述相位控制器控制所述第三信號(hào)的相位；以及
第二光耦合器，所述第二光耦合器組合從所述相位控制器輸出的所述第三信號(hào)和從所述第一光耦合器輸出的所述第四信號(hào)，并且將所得的信號(hào)分成具有相等幅度的第五信號(hào)和第六信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中，所述相位控制器根據(jù)從輸入端口輸入的光的偏振狀態(tài)控制所述第三信號(hào)的相位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，所述光學(xué)元件還包括光電二極管，所述光電二極管檢測(cè)所述第五信號(hào)的強(qiáng)度，其中，所述相位控制器根據(jù)所述光電二極管檢測(cè)的所述強(qiáng)度控制所述第三信號(hào)的相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)元件，其中，所述相位控制器控制所述第三信號(hào)的相位，使得所述光電二極管檢測(cè)的所述強(qiáng)度變?yōu)榈扔诨蛘咝∮?a href='/zhuanli/list-19378-1.html' target='_blank'>閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，所述光學(xué)元件還包括所述第六信號(hào)被輸入到的復(fù)用/解復(fù)用器、環(huán)諧振器陣列、陣列波導(dǎo)光柵或者階梯衍射光柵。
6.一種光接收裝置，包括：
根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件；
延遲干涉儀型復(fù)用/解復(fù)用器，所述延遲干涉儀型復(fù)用/解復(fù)用器將第六信號(hào)解復(fù)用成多個(gè)波長的信號(hào)；以及
光接收器，所述光接收器接收復(fù)數(shù)個(gè)波長的信號(hào)。
7.一種光接收裝置，包括：
根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的光學(xué)元件；
延遲干涉儀型復(fù)用/解復(fù)用器，所述延遲干涉儀型復(fù)用/解復(fù)用器將第六信號(hào)解復(fù)用成多個(gè)波長的信號(hào)；以及
多個(gè)光接收光電二極管，所述多個(gè)光接收光電二極管接收復(fù)數(shù)個(gè)波長的信號(hào)，其中檢測(cè)第五信號(hào)的強(qiáng)度的光電二極管以及所述多個(gè)光接收光電二極管被包括在光電二極管陣列中。

說明書全文

光學(xué)元件和光接收裝置

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本文所討論的實(shí)施方式涉及光學(xué)元件和光接收裝置。

背景技術(shù)

[0002] 諸如波長復(fù)用/解復(fù)用元件的光學(xué)元件被用于光通信和光學(xué)互聯(lián)。作為一項(xiàng)有前途的大容量互聯(lián)技術(shù)，最近已經(jīng)著手研究通過模式截面積(mode sectional area)為幾百平方微米(μm)ⅹ幾百平方微米(μm)的硅光子線波導(dǎo)來傳輸光信號(hào)以通過波分復(fù)用(WDM)提高處理容量。當(dāng)在光接收部中解復(fù)用WDM光信號(hào)時(shí)，歸因于硅光子線波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)各向異性的偏振分量之間的特性變化是應(yīng)用中的一個(gè)嚴(yán)重的問題，因?yàn)橥ǔＴ诠庑盘?hào)的傳輸通道中的偏振狀態(tài)不是保持恒定的。已經(jīng)提出了旨在抑制歸因于硅光子線波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)各向異性的影響的、具有WDM偏振分集結(jié)構(gòu)的MRR(微環(huán)諧振器)型光波長濾波器。
[0003] 然而，以上所描述的常規(guī)的MRR型光波長濾波器存在其適用范圍非常有限的問題。例如，它在低損耗以及寬傳輸帶寬方面表現(xiàn)優(yōu)異的延遲干涉儀(DMZI：延遲馬赫曾德干涉儀)以多級(jí)連接的波長復(fù)用/解復(fù)用器中并不適用。
[0004] 專利文獻(xiàn)1：日本公開特許公報(bào)第2009-244326號(hào)。發(fā)明內(nèi)容
[0005] 實(shí)施方式的一個(gè)目的在于提供一種能夠抑制輸入光的偏振狀態(tài)的影響并且適用范圍廣泛的光學(xué)元件和光接收裝置。
[0006] 根據(jù)實(shí)施方式的一個(gè)方面，一種光學(xué)元件包括：根據(jù)偏振面將從輸入端口輸入的光分成第一信號(hào)和第二信號(hào)的偏振分光器；將從偏振分光器輸出的第二信號(hào)的偏振面旋轉(zhuǎn)90度的偏振旋轉(zhuǎn)器；組合從偏振分光器輸出的第一信號(hào)和從偏振旋轉(zhuǎn)器輸出的第二信號(hào)并且將所得的信號(hào)分成具有相等幅度的第三信號(hào)和第四信號(hào)的第一光耦合器；控制第三信號(hào)的相位的相位控制器；以及組合從相位控制器輸出的第三信號(hào)和從第一光耦合器輸出的第四信號(hào)并且將所得的信號(hào)分成具有相等幅度的第五信號(hào)和第六信號(hào)的第二光耦合器。
[0007] 根據(jù)實(shí)施方式的另一個(gè)方面，一種光接收裝置包括：光學(xué)元件；將第六信號(hào)解復(fù)用成多個(gè)波長的信號(hào)的延遲干涉儀型復(fù)用/解復(fù)用器；以及接收多個(gè)波長的信號(hào)的光接收器。附圖說明
[0008] 圖1是示出了根據(jù)參考示例的復(fù)用/解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)的示圖；
[0009] 圖2是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的示圖；
[0010] 圖3A是示出了第一實(shí)施方式中的偏振消光比和相位變化之間的關(guān)系的示圖；
[0011] 圖3B是示出了第一實(shí)施方式中的偏振消光比和額外損耗(excessive loss)之間的關(guān)系的示圖；
[0012] 圖4A是示出了波導(dǎo)的截面結(jié)構(gòu)的示例的示圖；
[0013] 圖4B是示出了波導(dǎo)的截面結(jié)構(gòu)的另一個(gè)示例的示圖；
[0014] 圖5是示出了相位控制器的截面結(jié)構(gòu)的示例的示圖；
[0015] 圖6是示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的示圖；
[0016] 圖7是示出了光電二極管的截面結(jié)構(gòu)的示例的示圖；以及
[0017] 圖8是示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的光接收裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。

具體實(shí)施方式

[0018] (參考示例)
[0019] 本申請(qǐng)的發(fā)明人在參考MRR型光波長濾波器的同時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)復(fù)用/解復(fù)用器適用于DMZI型元件。圖1是示出了根據(jù)參考示例的復(fù)用/解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)的示圖。
[0020] 如圖1所示，參考示例包括將WDM光信號(hào)的偏振分量分成橫向電場(TE)信號(hào)(TE模式的光)和橫向磁場(TM)信號(hào)(TM模式的光)的偏振分光器(PBS)501，和將TM信號(hào)轉(zhuǎn)*換成TE信號(hào)(TE信號(hào))的偏振旋轉(zhuǎn)器(PR)504。參考示例包括將TE信號(hào)解復(fù)用為四個(gè)*
波長信號(hào)的DMZI型解復(fù)用器511和將TE信號(hào)解復(fù)用為四個(gè)波長信號(hào)的DMZI型解復(fù)用器
512。采用波導(dǎo)502將解復(fù)用器511連接到偏振分光器501，并且采用波導(dǎo)503經(jīng)由偏振旋轉(zhuǎn)器504將解復(fù)用器512連接到偏振分光器501。參考示例包括包含四個(gè)不同檢測(cè)波長的光電二極管521-524的光接收器520，并且來自解復(fù)用器511的波長信號(hào)和來自解復(fù)用器
512的波長信號(hào)被分別地輸入到光電二極管521-524。
[0021] 參考示例適用于DMZI型元件。然而，因?yàn)镈MZI型元件僅具有一個(gè)輸入端口，參考*示例需要處理TE信號(hào)的解復(fù)用器511和處理TE信號(hào)的解復(fù)用器512，這不可避免地導(dǎo)致與常規(guī)的MRR型光波長濾波器相比整個(gè)元件的尺寸較大。與常規(guī)的MRR型波長濾波器中配備的兩個(gè)復(fù)用/解復(fù)用元件相比，使解復(fù)用器511和解復(fù)用器512的元件特性一致并不容易。由于需要將波長信號(hào)復(fù)用以便將來自解復(fù)用器511和解復(fù)用器512的信號(hào)輸入到光電二極管521-524，兩個(gè)偏振信號(hào)之間的偏移量調(diào)整同樣是不可缺少的。因此，需要復(fù)雜的調(diào)整以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的操作。
[0022] 作為進(jìn)一步研究的成果，發(fā)明人提出了以下各種實(shí)施方式。在下文中，將參考附圖具體地描述各種實(shí)施方式。
[0023] (第一實(shí)施方式)
[0024] 首先，將描述第一實(shí)施方式。圖2是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的示圖。
[0025] 如圖2所示，根據(jù)第一實(shí)施方式的光學(xué)元件100包括根據(jù)偏振面將從輸入端口輸入的光(輸入光)分成TE信號(hào)和TM信號(hào)的偏振分光器101。光學(xué)元件100包括將從偏振*分光器101輸出的TM信號(hào)的偏振面旋轉(zhuǎn)90度以便將TM信號(hào)轉(zhuǎn)換成TE信號(hào)的偏振旋轉(zhuǎn)器
104。光學(xué)元件100包括組合從偏振分光器101輸出的TE信號(hào)和從偏振旋轉(zhuǎn)器104輸出的*
TE信號(hào)的光耦合器105。采用波導(dǎo)102和波導(dǎo)103將光耦合器105的輸入側(cè)連接到偏振分光器101，并且偏振旋轉(zhuǎn)器104在波導(dǎo)103上。TE信號(hào)通過波導(dǎo)102傳播，而TM信號(hào)和*
TE信號(hào)通過波導(dǎo)103傳播。波導(dǎo)107和波導(dǎo)108與光耦合器105的輸出側(cè)連接。例如，波導(dǎo)107的光學(xué)路徑長度等于波導(dǎo)108的光學(xué)路徑長度。光耦合器105組合輸入的TE信號(hào)*
和TE信號(hào)，將所得的信號(hào)分成具有相等幅度的信號(hào)，并且將這些信號(hào)輸出到波導(dǎo)107和波導(dǎo)108。波導(dǎo)107和波導(dǎo)108與光耦合器106的輸入側(cè)連接，并且在波導(dǎo)107上具有相位控制器109。光耦合器106將通過波導(dǎo)107并且從相位控制器109輸出的信號(hào)以及通過波導(dǎo)
108傳播的信號(hào)進(jìn)行組合，并且將所得的信號(hào)分成具有相等幅度的兩個(gè)信號(hào)，并且光耦合器
106的輸出信號(hào)從輸出端口111和輸出端口112輸出到外面。光耦合器105和光耦合器106例如是3dB光耦合器。相位控制器109例如包括微加熱器。通過波導(dǎo)102傳播的信號(hào)是第一信號(hào)的示例，通過波導(dǎo)103傳播的信號(hào)是第二信號(hào)的示例，通過波導(dǎo)107傳播的信號(hào)是第三信號(hào)的示例，通過波導(dǎo)108傳播的信號(hào)是第四信號(hào)的示例。輸出到輸出端口112的信號(hào)是第五信號(hào)的示例，輸出到輸出端口111的信號(hào)是第六信號(hào)的示例，光耦合器105是第一光耦合器的示例，光耦合器106是第二光耦合器的示例。
[0026] 在光學(xué)元件100中，輸入到光耦合器105的TE信號(hào)和TE*信號(hào)之間的強(qiáng)度比取決于輸入光的偏振分量(TE信號(hào)和TM信號(hào))的比。從光耦合器105輸出到波導(dǎo)107和波導(dǎo)108的信號(hào)的幅度彼此相等，但如果將它們直接地輸入到光耦合器106，則從輸出端口111輸出的信號(hào)的強(qiáng)度和從輸出端口112輸出的信號(hào)的強(qiáng)度是不穩(wěn)定的。在這個(gè)實(shí)施方式中，相位控制器109控制通過波導(dǎo)107傳播的信號(hào)的相位，使得該信號(hào)變得與通過波導(dǎo)108傳播的信號(hào)(第四信號(hào))相位相同或者相位相反。例如，當(dāng)在輸入光中TM信號(hào)的比高于TE信號(hào)的比時(shí)，根據(jù)輸入光的TM信號(hào)的比(偏振比)給予通過波導(dǎo)107傳播的信號(hào)-1π弧度至-0.5π弧度的相位變化，如圖3A中所示。這里，負(fù)偏振比指示TM模的比更高，而正偏振比指示TE模的比更高。隨著TE信號(hào)的比的增加，給予通過波導(dǎo)107傳播的信號(hào)-0.5π弧度至-0π弧度的相位變化。結(jié)果，如圖3B中所示，可以減少額外損耗以從輸出端口111輸出穩(wěn)定的信號(hào)。在這種情況下，例如可以通過相位控制器109中微加熱器的溫度來調(diào)整相位變化的量。
[0027] 如上所述，根據(jù)光學(xué)元件100，能夠獲得穩(wěn)定的輸出狀態(tài)而不受輸入光的偏振狀態(tài)的影響。光學(xué)元件100適用于諸如DMZI型元件的各種波長復(fù)用/解復(fù)用器。在參考示例中，由于提供了兩個(gè)解復(fù)用器，因而需要使它們的元件特性一致并且還需要偏移量調(diào)整，但在光學(xué)元件100中并不需要這些復(fù)雜的調(diào)整。
[0028] 例如，每個(gè)具有圖4A中示出的截面結(jié)構(gòu)的硅光子線波導(dǎo)被用作波導(dǎo)102、波導(dǎo)103、波導(dǎo)107和波導(dǎo)108。在圖4A示出的通道結(jié)構(gòu)中，氧化硅的隱埋氧化層12、硅層13以及氧化硅層14被設(shè)置在硅襯底11上。硅層13具有220nm的厚度以及450nm的寬度。例如，可以按如下方式形成這樣的通道結(jié)構(gòu)。首先，準(zhǔn)備包括硅襯底的SOI襯底、氧化硅層以及硅層。接著，通過光曝光或者電子束曝光等形成覆蓋組成波導(dǎo)或光耦合器的一部分的光掩模。此后，使用光掩模對(duì)硅層進(jìn)行干刻蝕以形成具有預(yù)定圖案形狀的硅層13。例如，可以執(zhí)行反應(yīng)離子刻蝕作為干刻蝕。隨后，通過氣相沉積等方法形成氧化硅層14。以如上所述的方式，獲得包括硅襯底11、隱埋氧化層12、硅層13以及氧化硅層14的通道結(jié)構(gòu)。可以采取圖4B中示出的脊形(rib)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在這種情況下，使用具有約50nm層高(slab height)的硅層15代替硅層13。
[0029] 例如，包括具有圖5中示出的截面結(jié)構(gòu)的微加熱器的硅光子線波導(dǎo)可以被用作相位控制器109。在該結(jié)構(gòu)中，鈦層21形成為氧化硅層14中的電阻器，并且鋁層22作為電極連接到鈦層21。鈦層21形成在使得鈦層21中產(chǎn)生的熱到達(dá)硅層13同時(shí)與硅層13絕緣的位置處。
[0030] (第二實(shí)施方式)
[0031] 接下來，將描述第二實(shí)施方式。圖6是示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的示圖。
[0032] 在第二實(shí)施方式中，如圖6所示，光電二極管113被連接到輸出端口112，并且光電二極管113的輸出被輸入到相位控制器109。相位控制器109給予通過波導(dǎo)107傳播的信號(hào)相位變化，使得光電二極管113中流過的電流量變?yōu)榈扔诨蛘咝∮谌我?a href='/zhuanli/list-19378-1.html' target='_blank'>閾值，優(yōu)選地，變?yōu)樽钚≈?。相位變化的量基本上等于圖3A中所示的量。其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)類似。
[0033] 根據(jù)第二實(shí)施方式的光學(xué)元件200同樣能夠帶來與第一實(shí)施方式相同的效果。此外，可以容易地執(zhí)行相位控制。
[0034] 例如，可以使用具有圖7中示出的截面結(jié)構(gòu)的pin二極管作為光電二極管113。在+該結(jié)構(gòu)中，p區(qū)31形成在圖4B中示出的脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的脊形區(qū)域中，鍺層33形成在硅層+ + +
15的核心區(qū)域上，而n區(qū)34形成在鍺層33的表面上。與p 區(qū)31接觸的鋁層32和與n區(qū)34接觸的鋁層35形成為氧化硅層14中的電極。例如，可以通過對(duì)脊形區(qū)域的P型雜質(zhì)+
的離子注入來形成p區(qū)31，可以在核心區(qū)域上通過晶體生長來形成鍺層33，可以通過對(duì)鍺+
層33的n型雜質(zhì)的離子注入來形成n區(qū)34。
[0035] 根據(jù)圖3B應(yīng)理解，當(dāng)偏振比約為10dB或更少時(shí)，即使未通過相位控制器109進(jìn)行相位控制，也可以將額外損耗減小到1dB或更小。
[0036] (第三實(shí)施方式)
[0037] 接下來，將描述第三實(shí)施方式。第三實(shí)施方式是光接收裝置的示例。圖8是示出了根據(jù)第三實(shí)施方式的光接收裝置的結(jié)構(gòu)的示圖。
[0038] 如圖8中所示，根據(jù)第三實(shí)施方式的光接收裝置300包括根據(jù)第二實(shí)施方式的光學(xué)元件200、解復(fù)用器201以及光接收器210。解復(fù)用器201被連接到光學(xué)元件200的輸出端口111，光接收器210包括四個(gè)光電二極管211-214，并且這些光電二極管211-214被連接到解復(fù)用器201的四個(gè)輸出端口。光電二極管211-214的截面結(jié)構(gòu)例如類似于圖7中示出的光電二極管113的截面結(jié)構(gòu)，并且光電二極管113和光電二極管211-214例如被包括在一個(gè)光電二極管陣列中。解復(fù)用器201是延遲干涉儀型復(fù)用/解復(fù)用器的示例。
[0039] 在光接收裝置300中，從光學(xué)元件200穩(wěn)定輸出的TE模的WMD光學(xué)信號(hào)被輸入到解復(fù)用器201以待被解復(fù)用器201解復(fù)用。接著，通過光接收器210對(duì)從解復(fù)用器201輸出的具有四個(gè)波長的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。因此，能夠在不受波長復(fù)用/解復(fù)用器的操作系統(tǒng)的影響的情況下，對(duì)以任意輸入偏振狀態(tài)進(jìn)入的WDM信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用，并且接收所得的信號(hào)。在參考示例中，解復(fù)用器511和解復(fù)用器512需要并行布置，而在本實(shí)施方式中僅提供了解復(fù)用器201。因此，在參考示例中，在信號(hào)被輸入到光電二極管521-524之前需要進(jìn)行復(fù)用，而在本實(shí)施方式中不需要進(jìn)行復(fù)用。因此，與參考示例相比，能夠減小尺寸并且可以獲得高的接收效率。
[0040] MRR型復(fù)用/解復(fù)用器、陣列波導(dǎo)光柵型復(fù)用/解復(fù)用器或者階梯衍射光柵型(Echelle diffraction grating-type)復(fù)用/解復(fù)用器可以被連接到輸出端口111。環(huán)諧振器陣列、陣列波導(dǎo)光柵或者階梯衍射光柵可以被連接到輸出端口111。
[0041] 根據(jù)上文所述的光學(xué)元件等，因?yàn)榘诉m當(dāng)?shù)钠穹止馄鳌⑵裥D(zhuǎn)器、相位控制器等，可以抑制輸入光的偏振狀態(tài)的影響，因而它們被廣泛地適用。
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