一种基于8×8多模干涉仪的90度光混频器

本发明涉及光电子集成器件，特别是涉及一种基于8×8多模干涉仪的90度光混频器。

背景技术：

1、90度光混频器通常应用于相干光通信系统中，是相干接收机的核心部件之一，其具体功能是将输入的信号光和本振光进行相干混频，输出的四个光信号分别为s+l、s-l、s+jl和s-jl，四路光信号振幅相同，相对相位差分别为0°、180°、90°和270°。根据结构的不同，90度光混频器主要分为自由空间型、光纤型和平面光波导型三类。其中，平面光波导型90度光混频器具有集成度高、尺寸小等优点，易与其他器件集成。

2、目前，平面光波导型90度光混频器可以分为基于3db功分器和相移器的90度光混频器和基于四端口的多模干涉仪的90度光混频器。基于3db功分器和相移器的90度光混频器均存在交叉波导，而交叉波导会导致波导间产生串扰，影响传输效率。基于四输出端口的多模干涉仪的90度光混频器主要分为4×4多模干涉仪型和2×4多模干涉仪级联2×2多模干涉仪型。4×4多模干涉仪型通常没有相移器和交叉波导，设计和制作简单，且工艺容差较小，性能容易受到加工误差的影响；2×4多模干涉仪级联2×2多模干涉仪型需要移相器，且器件尺寸较大。

技术实现思路

1、为了克服现有平面光波导型90度光混频器所存在的上述不足，本发明提供了一种基于8×8多模干涉仪的90度光混频器，包括：硅衬底、二氧化硅层、硅脊型波导层和二氧化硅包层，所述二氧化硅层位于所述硅衬底的上方，所述硅脊型波导层位于所述二氧化硅层的上方，所述二氧化硅包层包覆于所述硅脊型波导层的上方；

2、所述硅脊型波导层包括八个输入单模直波导、八个输入锥形光波导、多模干涉区、八个输出锥形光波导和八个输出单模直波导；

3、所述输入单模直波导，用于接收基于光束输入规则输入的信号光和本振光；

4、所述输入锥形光波导，用于将所述信号光和所述本振光引入所述多模干涉区；

5、所述多模干涉区，用于对所述信号光和所述本振光进行混频，形成八个携带不同相位的光；

6、所述输出锥形光波导，用于将八个所述携带不同相位的光分别引出至八个所述输出单模直波导；

7、所述输出单模直波导，用于对称输出八个所述携带不同相位的光。

8、优选地，八个所述输入单模直波导分别为第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口、第七输入端口和第八输入端口；

9、八个所述输出单模直波导分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口、第四输出端口、第五输出端口、第六输出端口、第七输出端口和第八输出端口。

10、优选地，所述光束输入规则包括：

11、信号光和本振光从第一输入端口和第四输入端口输入；

12、信号光和本振光从第一输入端口和第五输入端口输入；

13、信号光和本振光从第二输入端口和第三输入端口输入；

14、信号光和本振光从第二输入端口和第六输入端口输入；

15、信号光和本振光从第三输入端口和第七输入端口输入；

16、信号光和本振光从第四输入端口和第八输入端口输入；

17、信号光和本振光从第五输入端口和第八输入端口输入；

18、信号光和本振光从第六输入端口和第七输入端口输入。

19、优选地，所述第一输出端口至所述第四输出端口输出的四束光所携带的相位两两之间相差90度，所述第五输出端口至所述第八输出端口对称输出的四束光所携带的相位两两之间相差90度。

20、优选地，所述输入锥形光波导和所述输出锥形光波导均为宽度线性渐变波导。

21、优选地，所述输入锥形光波导和所述输出锥形光波导的宽度线性渐变范围均为0.55μm～1.5μm。

22、优选地，所述多模干涉区的宽度为20μm，所述多模干涉区的长度为366.5μm。

23、优选地，所述硅脊型波导层的厚度为220nm，脊型波导的刻蚀深度为150nm。

24、优选地，所述输入单模直波导和所述输出单模直波导的宽度均为0.55μm，相邻所述输入单模直波导和相邻所述输出单模直波导的间距均为2.5μm。

25、优选地，所述输入锥形光波导和所述输出锥形光波导的长度均为20μm。

26、本发明实施例一种基于8×8多模干涉仪的90度光混频器与现有技术相比，其有益效果在于：输出端口为对称的两个90度光混频器输出，能够在实现90度光混频器功能的同时，完成信号分路；无需相移器和交叉波导，设计和制作简单；器件结构更加紧凑，具有更高集成度和更优性能。

技术特征：

1.一种基于8×8多模干涉仪的90度光混频器，其特征在于，包括：硅衬底、二氧化硅层、硅脊型波导层和二氧化硅包层，所述二氧化硅层位于所述硅衬底的上方，所述硅脊型波导层位于所述二氧化硅层的上方，所述二氧化硅包层包覆于所述硅脊型波导层的上方；

2.根据权利要求1所述的90度光混频器，其特征在于，八个所述输入单模直波导分别为第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口、第七输入端口和第八输入端口；

3.根据权利要求2所述的90度光混频器，其特征在于，所述光束输入规则包括：

4.根据权利要求2所述的90度光混频器，其特征在于，所述第一输出端口至所述第四输出端口输出的四束光所携带的相位两两之间相差90度，所述第五输出端口至所述第八输出端口对称输出的四束光所携带的相位两两之间相差90度。

5.根据权利要求1所述的90度光混频器，其特征在于，所述输入锥形光波导和所述输出锥形光波导均为宽度线性渐变波导。

6.根据权利要求5所述的90度光混频器，其特征在于，所述输入锥形光波导和所述输出锥形光波导的宽度线性渐变范围均为0.55μm～1.5μm。

7.根据权利要求1所述的90度光混频器，其特征在于，所述多模干涉区的宽度为20μm，所述多模干涉区的长度为366.5μm。

8.根据权利要求1所述的90度光混频器，其特征在于，所述硅脊型波导层的厚度为220nm，脊型波导的刻蚀深度为150nm。

9.根据权利要求1所述的90度光混频器，其特征在于，所述输入单模直波导和所述输出单模直波导的宽度均为0.55μm，相邻所述输入单模直波导和相邻所述输出单模直波导的间距均为2.5μm。

10.根据权利要求1所述的90度光混频器，其特征在于，所述输入锥形光波导和所述输出锥形光波导的长度均为20μm。

技术总结本发明公开了一种基于8×8多模干涉仪的90度光混频器，包括：硅衬底、二氧化硅层、硅脊型波导层和二氧化硅包层；硅脊型波导层包括八个输入单模直波导、八个输入锥形光波导、多模干涉区、八个输出锥形光波导和八个输出单模直波导；输入单模直波导，用于接收输入的信号光和本振光；输入锥形光波导，用于将信号光和本振光引入多模干涉区；多模干涉区，用于对信号光和本振光进行混频，形成八个携带不同相位的光；输出锥形光波导，用于将八个携带不同相位的光分别引出至八个输出单模直波导；输出单模直波导，用于对称输出八个携带不同相位的光。本发明输出端口为对称的两个90度光混频器输出，能够在实现90度光混频器功能的同时，完成信号分路。技术研发人员：潘铭铭,王冰,余思远受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9