一种可监控输出特性的硅基MZI调制器

本发明属于光通信，具体涉及一种可监控输出特性的硅基mzi调制器。

背景技术：

1、硅基光调制器(silicon-based optic modulator)是一种在硅基集成光学平台上利用硅材料的电光效应实现光信号调制的器件，通常由光波导、调制区域、输入/输出波导等几个主要组件构成。高调制速率、紧凑的尺寸、低功耗和与现有硅基电子器件的兼容性等优点使得硅基光调制器在光通信、光互连、光子集成电路和光学传感等领域得到广泛应用。

2、为了确保光调制器的灵敏度和稳定性、实现自适应控制，需要实时监测和控制调制器中光信号的传输和调制过程。光路监测的实现通常是将一小部分的光信号分离出来会后通过耦合器或分束器引导到光探测器上，光探测器将在这一部分光信号转换为相应的电流或电压信号，这些电信号经过放大、滤波和测量处理后，最终得到关于光信号的各种参数。在光路监测过程中，需要确保输出波导与监测系统之间的光信号强隔离，这样才能减少由于光信号反馈或干扰引起的不稳定性和测量误差。

3、关于监控硅基调制器输出特性的方法，目前已有的一种方案是光功率调制法，即通过在调制器输出端引入光功率探测器，测量输出光的功率变化。需要注意的是将光功率检测器引入硅基调制器输出端可能引入额外的插入损耗，这是由于光功率检测器的光电转换过程和光信号的耦合所导致的，较高的插入损耗可能会降低输出光信号的强度，影响系统的灵敏度和性能，另外光功率检测器可能会引入额外的光电容耦合或反射，导致光学回路的改变，从而影响调制器的传输特性和调制效率。目前已有的另一种方案是位移检测法，即通过在调制器输出端引入位移传感器，实时测量输出光的光程差或相位变化，然而在硅基调制器的输出特性监测中，调制器产生的光程差或相位变化往往比较微弱，因此对位移传感器的灵敏度有较高要求，另外额外引入的位移传感器增加了器件的复杂度和制作成本。

4、在以上提到的目前已有的光调制器中，当改变其中波导镜像的相位时，该镜像在多模波导的输出端将产生新的镜像，此时在多模波导的末端均有光功率输出，由于波导结构为soi型，折射率差很大，端面反射强，所以当用普通多模干涉耦合器调制时，此处产生的额外的光功率不能折射出多模波导，绝大部分的光功率将会反射进入多模波导，这就大大增加了多模波导的内部反射损耗，同时也降低了多模波导的镜像质量。

5、因此，针对上述问题，予以进一步改进。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种可监控输出特性的硅基mzi调制器，可以在调制器主输出端口不受影响的前提下将多模干涉耦合器中的散射光引导到监控单元，同时阻止反向光信号的传播,实现较强的隔离效果，减少反馈和干扰。

2、为达到以上目的，本发明提供一种可监控输出特性的硅基mzi调制器，包括光路监控单元和光调制单元，所述光路监控单元对所述光调制单元进行监控，其中：

3、所述光调制单元包括(多模干涉)光分束器和(多模干涉)光耦合器，所述光分束器和所述光耦合器沿第一方向对称设置并且分别用于光的分束和合束，其中：

4、所述光分束器的输入端连接有输入波导，所述光分束器和所述光耦合器之间分别连接有第一光传输波导和第二光传输波导，所述第一光传输波导设有第一调制移相臂并且所述第二光传输波导设有第二调制移相臂；所述光耦合器的输出端连接有输出波导；

5、所述光路监控单元包括连接于所述光耦合器的光输出附加波导以及与光输出附加波导的输出端耦合的光电探测器，所述光输出附加波导与所述输出波导平行，所述光电探测器用于检测所述光输出附加波导的输出光功率。

6、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述光输出附加波导与所述输出波导的距离被优化，以使当所述光分束器输出的两路光经所述第一调制移相臂和所述第二调制移相臂进行相位调制后，在所述光耦合器中干涉相消时，(基本)没有光通过所述输出波导且所述光输出附加波导输出的光强度最大；当所述光分束器输出的两路光经所述第一调制移相臂和所述第二调制移相臂进行相位调制后，在所述光耦合器中干涉相长时，(基本)所有的光从所述输出波导输出且(基本)没有光被耦合至所述光输出附加波导。

7、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述光输出附加波导包括第一光输出附加波导和第二光输出附加波导，所述第一光输出附加波导和所述第二光输出附加波导分别与所述输出波导有相同的波导中心距离。

8、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第一光输出附加波导和所述第二光输出附加波导中传输的光能量强度(基本)相等；

9、所述第一光输出附加波导传输的光的强度与所述第二光输出附加波导传输的光的强度相等，所述第一光输出附加波导和所述第二光输出附加波导中传输的光的强度之和(基本)上与所述输出波导中传输的光的强度呈负相关。

10、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述输入波导和所述输出波导为锥型结构，波导宽度沿光的传播方向变化。

11、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述第一光传输波导、所述第二光传输波导、所述光输出附加波导为条波导或脊波导。

12、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述光输出附加波导的输入端为锥形。

13、本发明的有益效果在于：

14、1、本发明的优点在于：在多模耦合器的多模干涉区末端添加附加的输出波导可以将因相位调制而产生的额外的光功率导出，有效减小多模波导内部的反射损耗进入多模波导，实现较强的隔离效果，减少反馈和干扰；

15、2、本发明设计的附加波导基本不会在调制器的主输出端引入额外的附加损耗；

16、3、本发明提出的硅基电光调制器输出特性检测结构没有增加新的光学器件，有利于进行片上集成。

技术特征：

1.一种可监控输出特性的硅基mzi调制器，其特征在于，包括光路监控单元和光调制单元，所述光路监控单元对所述光调制单元进行监控，其中：

2.根据权利要求1所述的一种可监控输出特性的硅基mzi调制器，其特征在于，所述光输出附加波导与所述输出波导的距离被优化，以使当所述光分束器输出的两路光经所述第一调制移相臂和所述第二调制移相臂进行相位调制后，在所述光耦合器中干涉相消时，没有光通过所述输出波导且所述光输出附加波导输出的光强度最大；当所述光分束器输出的两路光经所述第一调制移相臂和所述第二调制移相臂进行相位调制后，在所述光耦合器中干涉相长时，所有的光从所述输出波导输出且没有光被耦合至所述光输出附加波导。

3.根据权利要求1所述的一种可监控输出特性的硅基mzi调制器，其特征在于，所述光输出附加波导包括第一光输出附加波导和第二光输出附加波导，所述第一光输出附加波导和所述第二光输出附加波导分别与所述输出波导有相同的波导中心距离。

4.根据权利要求3所述的一种可监控输出特性的硅基mzi调制器，其特征在于，所述第一光输出附加波导和所述第二光输出附加波导中传输的光能量强度相等；

5.根据权利要求1所述的一种可监控输出特性的硅基mzi调制器，其特征在于，所述输入波导和所述输出波导为锥型结构，波导宽度沿光的传播方向变化。

6.根据权利要求1所述的一种可监控输出特性的硅基mzi调制器，其特征在于，所述第一光传输波导、所述第二光传输波导、所述光输出附加波导为条波导或脊波导。

7.根据权利要求1所述的一种可监控输出特性的硅基mzi调制器，其特征在于，所述光输出附加波导的输入端为锥形。

技术总结本发明公开了一种可监控输出特性的硅基MZI调制器，包括光路监控单元和光调制单元，所述光路监控单元对所述光调制单元进行监控，所述光调制单元包括光分束器和光耦合器，所述光分束器和所述光耦合器沿第一方向对称设置并且分别用于光的分束和合束；所述光路监控单元包括连接于所述光耦合器的光输出附加波导以及与光输出附加波导的输出端耦合的光电探测器。本发明公开的一种可监控输出特性的硅基MZI调制器，可以在调制器主输出端口不受影响的前提下将多模干涉耦合器中的散射光引导到监控单元，同时阻止反向光信号的传播,实现较强的隔离效果，减少反馈和干扰。技术研发人员：王曰海,王梦,戴庭舸受保护的技术使用者：浙江大学绍兴研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/19