硅基軌道角動量態轉換器制造技術

本發明專利技術公開了一種硅基軌道角動量態轉換器，涉及光通信集成器件領域，該硅基軌道角動量態轉換器包括輸入環形耦合光柵、取樣波導陣列、相位調諧電極陣列和光輸出器件，所述輸入環形耦合光柵通過沿圓周均勻分布的取樣波導陣列與光輸出器件連接，取樣波導陣列采用硅基材料制作，取樣波導陣列的每個波導上設置有一個相位調諧電極，所有相位調諧電極共同形成相位調諧電極陣列。本發明專利技術能夠實現信號軌道角動量態之間的轉化，器件的制作工藝與CMOS工藝兼容，能夠大規模的生產，降低成本。

【技術實現步驟摘要】
硅基軌道角動量態轉換器
本專利技術涉及光通信集成器件領域，具體是涉及一種硅基軌道角動量態轉換器。
技術介紹
隨者通信容量需求的逐步提升，光通信系統向更高速率、高頻譜效率、高光子密度不斷發展，在單位路徑中傳輸的光信號越來越多，多級調制、波分復用、空分復用、模分復用等技術相應得到應用，軌道角動量提供了一種新的光信號復用的維度，在最近幾年開始得到重視。軌道角動量光束在傳輸方向的截面上,相位P隨角坐標變化:P = exP(M),其中:exp為指數函數，i代表虛部，Θ為角坐標，I為角坐標轉一圈，相位變化2 的次數,稱為軌道角動量態，不同的軌道角動量態間是正交的，可以復用傳輸。采用空間光調制器，對光束截面上的相位分布進行調制，實現軌道角動量光束。空間光調制器有LCoS (Liquid Crystalon Silicon，硅基液晶)方案和硅基集成方案兩種，角動量態之間的轉化目前是采用硅基液晶方案，硅基液晶方案需要液晶空間光調制器，尺寸大，無法與調制器、探測器等大規模集成；目前，硅基集成方案無法實現信號軌道角動量態之間的轉化。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服上述
技術介紹
的不足，提供一種硅基軌道角動量態轉換器，能夠實現信號軌道角動量態之間的轉化，器件的制作工藝與CMOS工藝兼容，能夠大規模的生產，降低成本。本專利技術提供一種娃基軌道角動量態轉換器，包括輸入環形I禹合光柵和光輸出器件，還包括取樣波導陣列和相位調諧電極陣列，所述輸入環形耦合光柵通過沿圓周均勻分布的取樣波導陣列與光輸出器件連接，取樣波導陣列采用硅基材料制作，取樣波導陣列的每個波導上設置有一個相位調諧電極，所有相位調諧電極共同形成相位調諧電極陣列。在上述技術方案的基礎上，所述相位調諧電極陣列對取樣波導陣列的相位調諧方式為:在取樣波導陣列的上方制作加熱電阻陣列，在電極陣列上加載電壓或電流，改變加熱電阻陣列的溫度，從而改變取樣波導陣列的溫度，實現對取樣波導陣列的相位調諧。在上述技術方案的基礎上，所述取樣波導陣列中的任意波導之間對于輸入波長的相位差為2n ，其中η為整數。在上述技術方案的基礎上，所述光輸出器件為輸出環形I禹合光柵。在上述技術方案的基礎上，所述輸入環形耦合光柵的光束的角動量態為1，I為整數，取樣波導陣列中有m根取樣波導，與之相對應的相位調諧電極陣列也有m個相位調諧電極，其中相鄰的相位調諧電極沿順時針方向依次增加2 π k/m，其中k為整數，輸出環形耦合光柵中出射的光束的軌道角動量態為1+k。在上述技術方案的基礎上，所述光輸出器件由羅蘭圓與輸出端口組成。在上述技術方案的基礎上，所述取樣波導陣列中有m'根取樣波導，與之相對應的相位調諧電極陣列也有m'個相位調諧電極，輸出端口上共有2p+l個端口，端口號沿順時針依次為-P，-P+1，…，_1，0，1，…，p-1，P，輸入環形耦合光柵上光束的軌道角動量態為I'，m'、ρ、I'均為正整數，且m' >p，l’ e [_p，p]，相位調諧電極陣列上無電信號時，經由取樣波導陣列入射到羅蘭圓中的光衍射到輸出端口的1'端口 ；當相位調諧電極陣列中相鄰的相位調諧電極沿順時針方向依次增加23ik’/m’，其中k'為整數，且(l’+k’)e [-P，p]，則輸入環形耦合光柵上軌道角動量態為I'的光衍射到輸出端口的I，+k，端口。與現有技術相比，本專利技術的優點如下:(I)本專利技術的硅基集成器件能夠實現信號軌道角動量態之間的轉化，如從I = I的角動量態轉化為I = 2，與硅基液晶方案相比，硅基集成方案具有尺寸小、制作工藝與CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)工藝兼容、能夠大規模生產、降低成本等優點，有很好的應用前景。(2)本專利技術的器件制作在硅基光子平臺上，能夠更加方便地與光源、調制器、電路等集成。【附圖說明】圖1是實施例1中硅基軌道角動量態轉換器的結構示意圖。圖2是實施例2中硅基軌道角動量態轉換器的結構示意圖。圖3是利用相位調諧電極陣列對取樣波導陣列進行相位調諧示意圖。附圖標記:1_輸入環形耦合光柵，2-輸出環形耦合光柵，3-取樣波導陣列，4-相位調諧電極陣列，5-羅蘭圓，6-輸出端口，7-電極陣列，8-加熱電阻陣列。【具體實施方式】下面結合附圖及具體實施例對本專利技術作進一步的詳細描述。參見圖1、圖2所示，本專利技術實施例提供一種硅基軌道角動量態轉換器，包括輸入環形稱合光柵1、取樣波導陣列3、相位調諧電極陣列4和光輸出器件,輸入環形稱合光柵I通過沿圓周均勻分布的取樣波導陣列3與光輸出器件連接，取樣波導陣列3采用硅基材料制作，其折射率的溫度系數高，取樣波導陣列3的每個波導上設置有一個相位調諧電極，所有相位調諧電極共同形成相位調諧電極陣列4。參見圖1、圖2所示，光輸出器件可以是輸出環形耦合光柵2，也可以由羅蘭圓5與輸出端口 6組成。參見圖3所示，相位調諧電極陣列4對取樣波導陣列3的相位調諧方式為:在取樣波導陣列3的上方制作加熱電阻陣列8，在電極陣列7上加載電壓或電流，改變加熱電阻陣列8的溫度，從而改變取樣波導陣列3的溫度，實現對取樣波導陣列3的相位調諧。取樣波導陣列3中的任意波導之間對于輸入波長的相位差為2η π，其中n為整數。下面通過2個具體實施例進行詳細說明。實施例1 參見圖1所示，實施例1中的硅基軌道角動量態轉換器由輸入環形耦合光柵1、取樣波導陣列3、輸出環形耦合光柵2、相位調諧電極陣列4組成，輸入環形耦合光柵I通過沿圓周均勻分布的取樣波導陣列3與輸出環形耦合光柵2連接，取樣波導陣列3的每個波導上設置有一個相位調諧電極，所有相位調諧電極共同形成相位調諧電極陣列4。取樣波導陣列3中的任意波導之間對于輸入波長的相位差為2η π，其中n為整數。參見圖1所示，假設輸入環形耦合光柵I的光束的角動量態為1，I為整數，取樣波導陣列3中有m根取樣波導，與之相對應的相位調諧電極陣列4也有m個相位調諧電極，其中相鄰的相位調諧電極沿順時針方向依次增加2 π k/m，其中k為整數，輸出環形耦合光柵2中出射的光束的軌道角動量態為1+k。例如:假設光束的軌道角動量態為1，垂直入射到輸入環形耦合光柵I上，16根取樣波導的長度相等，組成取樣波導陣列3，相位調諧電極陣列4中相鄰的相位調諧電極沿順時針方向依次增加η /4，則從輸出環形耦合光柵2中出射的光束軌道角動量態為3。實施例2參見圖2所示，實施例2中的硅基軌道角動量態轉換器由輸入環形耦合光柵1、取樣波導陣列3、相位調諧電極陣列4、羅蘭圓5、輸出端口 6組成，輸入環形耦合光柵I通過沿圓周均勻分布的取樣波導陣列3與羅蘭圓5連接，取樣波導陣列3入射到羅蘭圓5中的光衍射到輸出端口 6，取樣波導陣列3的每個波導上設置有一個相位調諧電極，所有相位調諧電極共同形成相位調諧電極陣列4。取樣波導陣列3中的任意波導之間對于輸入波長的相位差為2n ，其中η為整數。參見圖2所示，假設取樣波導陣列3中有m'根取樣波導，與之相對應的相位調諧電極陣列4也有m'個相位調諧電極，輸出端口 6上共有2p+l個端口，端口號沿順時針依次為-p，-p+1，... ，-1,0,1,..., p-1, p,輸入環形稱合光柵I上光束的軌道角動量態為1'，m'、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硅基軌道角動量態轉換器，包括輸入環形耦合光柵(1)和光輸出器件，其特征在于：還包括取樣波導陣列(3)和相位調諧電極陣列(4)，所述輸入環形耦合光柵(1)通過沿圓周均勻分布的取樣波導陣列(3)與光輸出器件連接，取樣波導陣列(3)采用硅基材料制作，取樣波導陣列(3)的每個波導上設置有一個相位調諧電極，所有相位調諧電極共同形成相位調諧電極陣列(4)。

【技術特征摘要】
1.一種娃基軌道角動量態轉換器，包括輸入環形稱合光柵(I)和光輸出器件，其特征在于:還包括取樣波導陣列(3)和相位調諧電極陣列(4)，所述輸入環形耦合光柵(I)通過沿圓周均勻分布的取樣波導陣列(3)與光輸出器件連接，取樣波導陣列(3)采用硅基材料制作，取樣波導陣列(3)的每個波導上設置有一個相位調諧電極，所有相位調諧電極共同形成相位調諧電極陣列(4)。2.如權利要求1所述的硅基軌道角動量態轉換器，其特征在于:所述相位調諧電極陣列(4)對取樣波導陣列(3)的相位調諧方式為:在取樣波導陣列(3)的上方制作加熱電阻陣列(8)，在電極陣列(7)上加載電壓或電流，改變加熱電阻陣列⑶的溫度，從而改變取樣波導陣列⑶的溫度，實現對取樣波導陣列⑶的相位調諧。3.如權利要求2所述的硅基軌道角動量態轉換器，其特征在于:所述取樣波導陣列(3)中的任意波導之間對于輸入波長的相位差為2η π，其中n為整數。4.如權利要求3所述的娃基軌道角動量態轉換器,其特征在于:所述光輸出器件為輸出環形耦合光柵(2)。5.如權利要求4所述的硅基軌道角動量態轉換器，其特征在于:所述輸入環形耦合光柵(I)的光束的角動量態為1，I為整數，取樣波導陣列(3)中有m...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王磊，肖希，李淼峰，邱英，趙建宜，
申請(專利權)人：武漢郵電科學研究院，
類型：發明
國別省市：湖北;42