本技術(shù)涉及光通信，具體涉及一種片上集成波分復(fù)用器及光子集成電路芯片。

背景技術(shù)：

1、波分復(fù)用通過不同的波長攜帶多路信號，在單根光纖/波導(dǎo)中傳輸、交換，是光通信實(shí)現(xiàn)信息擴(kuò)容的關(guān)鍵技術(shù)，其中用于實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用和解復(fù)用的器件稱為波分復(fù)用器件(mux)和波分解復(fù)用器件(demux)，是波分復(fù)用系統(tǒng)的核心器件。然而，在波分復(fù)用器件的實(shí)際應(yīng)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(biāo)波長，從而引起通道間的顯著損耗和串?dāng)_問題。在這種應(yīng)用場景下，需要大寬帶、平坦型的波分復(fù)用器件，以容納激光器的波長偏移，保證波分復(fù)用系統(tǒng)正常工作。

2、如圖1所示的片上集成波分復(fù)用器的結(jié)構(gòu)，其包括第一級復(fù)用模塊100’和第二級復(fù)用模塊200’，可以顯著改善波分復(fù)用器件的通道帶寬，它利用兩個平坦型波分復(fù)用器件(平頂波分復(fù)用器件110’)進(jìn)行第一級復(fù)用，再通過偏振復(fù)用模塊230’進(jìn)行第二級復(fù)用，從而實(shí)現(xiàn)更大波長范圍內(nèi)的平坦輸出，且該結(jié)構(gòu)僅包含被動器件，無需外加調(diào)節(jié)，貼合實(shí)際應(yīng)用場景。然而，這種波分復(fù)用器件結(jié)構(gòu)采用至少兩個平坦型的波分復(fù)用器件進(jìn)行帶寬的展寬，會導(dǎo)致整個波分復(fù)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(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

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

2、根據(jù)本技術(shù)的一個方面，提供了一種片上集成波分復(fù)用器，所述波分復(fù)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(fù)用結(jié)構(gòu)，所述平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)具有第一輸入波導(dǎo)組、第二輸入波導(dǎo)組和一個輸出波導(dǎo)，所述第一輸入波導(dǎo)組包括多個第一輸入波導(dǎo)，所述第二輸入波導(dǎo)組包括多個第二輸入波導(dǎo)，所述第二輸入波導(dǎo)組位于所述第一輸入波導(dǎo)組的一側(cè)；

3、所述多個第一輸入波導(dǎo)被配置為分別對應(yīng)接收預(yù)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(dǎo)被配置為分別對應(yīng)接收預(yù)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(dǎo)為偏振兼容的波導(dǎo)，所述輸出波導(dǎo)被配置為輸出多波長-偏振復(fù)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(yù)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(yù)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(fù)用結(jié)構(gòu)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(yù)定差值，使所述多個第一輸入波導(dǎo)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(dǎo)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(fù)用結(jié)構(gòu)內(nèi)合為一路多波長-偏振復(fù)用光并從所述輸出波導(dǎo)輸出。

6、根據(jù)本技術(shù)的一些實(shí)施例，所述平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)中每個所述第一輸入波導(dǎo)或所述第二輸入波導(dǎo)對應(yīng)的通道的帶寬覆蓋由其所對應(yīng)的所述第一輸入波導(dǎo)或所述第二輸入波導(dǎo)配置的入射光的中心波長加上預(yù)設(shè)的偏移量閾值對應(yīng)的頻帶范圍。

7、根據(jù)本技術(shù)的一些實(shí)施例，所述預(yù)設(shè)的偏移量閾值為itu標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的偏移量，所述預(yù)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(yīng)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(yù)定波長間隔。

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

9、所述第一輸入波導(dǎo)組和所述第二輸入波導(dǎo)組的其中一組的每個輸入波導(dǎo)均級聯(lián)一個所述偏振旋轉(zhuǎn)器，用于改變輸入到相應(yīng)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(dǎo)組的入射光的偏振態(tài)與入射到所述第二輸入波導(dǎo)組的入射光的偏振態(tài)相垂直。

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

11、根據(jù)本技術(shù)的一些實(shí)施例，所述平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)包括多個多模干涉器和一個偏振兼容的刻蝕衍射光柵結(jié)構(gòu)，所述刻蝕衍射光柵結(jié)構(gòu)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(dǎo)，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(dǎo)；

12、所述自由傳輸區(qū)包括平板波導(dǎo)，所述平板波導(dǎo)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(yù)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(jìn)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(fù)用光由所述輸出波導(dǎo)輸出。

13、根據(jù)本技術(shù)的一些實(shí)施例，所述平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)包括多個多模干涉器和一個陣列波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)，所述陣列波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)包括一個輸入平板波導(dǎo)、一個輸出平板波導(dǎo)、以及連接于所述輸入平板波導(dǎo)和所述輸出平板波導(dǎo)之間的多個陣列波導(dǎo)，每個所述第一輸入波導(dǎo)和每個所述第二輸入波導(dǎo)均通過一個所述多模干涉器連接所述輸入平板波導(dǎo)，所述輸出波導(dǎo)連接所述輸出平板波導(dǎo)；每個所述陣列波導(dǎo)包括錐波導(dǎo)、直波導(dǎo)和彎曲波導(dǎo)，相鄰兩個陣列波導(dǎo)之間具有一恒定的長度差，在所述輸入平板波導(dǎo)和所述輸出平板波導(dǎo)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(yù)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(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)中的所述多個陣列波導(dǎo)的相位配置后合為一路多波長-偏振復(fù)用光由所述輸出波導(dǎo)輸出。

14、根據(jù)本技術(shù)的一些實(shí)施例，所述平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)包括多個多模干涉器和一個角度型的多模干涉儀結(jié)構(gòu)，所述角度型的多模干涉儀結(jié)構(gòu)包括多個所述第一輸入波導(dǎo)、多個所述第二輸入波導(dǎo)、多模干涉區(qū)和一個所述輸出波導(dǎo)，其中，每一所述第一輸入波導(dǎo)和每一所述第二輸入波導(dǎo)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(cè)，各所述第一輸入波導(dǎo)和所述輸出波導(dǎo)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(dǎo)和所述輸出波導(dǎo)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(yù)設(shè)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(yù)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(dǎo)處，并合成一路多波長-偏振復(fù)用光由所述輸出波導(dǎo)輸出。

16、根據(jù)本技術(shù)的一些實(shí)施例，所述片上集成波分復(fù)用器包括襯底和位于襯底上面的芯層，所述平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)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(shù)的一些實(shí)施例，所述波分復(fù)用器還包括耦合結(jié)構(gòu)，所述耦合結(jié)構(gòu)與所述平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)的輸出波導(dǎo)相連，用于將所述平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)的輸出波導(dǎo)輸出的多波長-偏振復(fù)用光信號耦合至外部光纖。

18、根據(jù)本技術(shù)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(fù)用器。

19、在本技術(shù)實(shí)施例提供的片上集成波分復(fù)用器及光子集成電路芯片中，波分復(fù)用器包括一個偏振兼容的平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)，該平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)具有第一輸入波導(dǎo)組、第二輸入波導(dǎo)組和一個輸出波導(dǎo)，由于該平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)對第一輸入波導(dǎo)組、第二輸入波導(dǎo)組被配置的中心波長進(jìn)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(fù)用器，并基于單個偏振兼容的平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)，通過配置該平頂波分復(fù)用結(jié)構(gòu)的相應(yīng)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(yù)定差值，將兩組不同偏振態(tài)的多路不同波長的光信號復(fù)用為一路多波長-偏振復(fù)用光，降低了相鄰?fù)ǖ篱g的信號串?dāng)_，且簡化了波分復(fù)用器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和尺寸，利于提高光子集成電路芯片的集成度。