基于光生自由载流子的芯片集成全光调制方法

技术特征：
1.一种基于光生自由载流子的芯片集成全光调制方法，包括以下步骤：步骤一、泵浦光场调制耦合，将调制信号加载于x波段泵浦光场、通过定向耦合器耦合到光学调制器内；步骤二、信号光场调制，泵浦光场在双光子吸收作用下产生自由载流子、引起传输波导折射率变化、实现对y波段信号光场相位的有效调制；光学调制器以泵浦光场为驱动源且全部由无源光学器件构成。2.根据权利要求1所述的基于光生自由载流子的芯片集成全光调制方法，其特征在于，所述方法具体包括：s101、通过绝缘体上硅标准工艺制备光学调制器，同时传输x波段泵浦光场和y波段信号光场的硅基波导和x波段泵浦光场交叉耦合系数最大、y波段信号光场交叉耦合系数最小的定向耦合器；s102、将经过调制的x波段泵浦光场通过定向耦合器导入光学调制器并与未经过调制的y波段信号光场合并传输；s103、泵浦光场在双光子吸收作用下产生自由载流子并改变传输波导折射率，对信号光场相位分布进行调制。3.根据权利要求2所述的基于光生自由载流子的芯片集成全光调制方法，其特征在于，所述s101中优化设计波导横截面结构使传输损耗较低、自由载流子寿命较短、波导折射率变化灵敏，优化设计波导长度以兼顾低传输损耗和大调制深度。4.根据权利要求2所述的基于光生自由载流子的芯片集成全光调制方法，其特征在于，所述s102中泵浦光场和信号光场需具有相同的重复频率、相近的传播常数和近零的时序失配。5.根据权利要求2所述的基于光生自由载流子的芯片集成全光调制方法，其特征在于，所述s103通过特定光路还可将上述相位调制转换为强度调制、偏振调制或模式调制。6.根据权利要求1-5之一所述的基于光生自由载流子的芯片集成全光调制方法，其特征在于，经过调制的x波段泵浦光场和未经调制的y波段信号光场分别通过光栅耦合器耦合进入硅基波导；信号光场经光学分束器分至马赫增特干涉仪两臂；泵浦光场经定向耦合器耦合进入马赫增特干涉仪一臂。7.根据权利要求6所述的基于光生自由载流子的芯片集成全光调制方法，其特征在于，所述泵浦光场在硅基波导双光子吸收作用下产生自由载流子，改变硅基波导折射率并实现信号光场相位调制；残留泵浦光场经另一定向耦合器导出；经过相位调制的信号光场和未经过相位调制的信号光场干涉输出强度调制信号。8.根据权利要求7所述的基于光生自由载流子的芯片集成全光调制方法，其特征在于，所述定向耦合器由两根平行波导组成，波导长度、宽度和间距经过设计，x波段泵浦光场可在两根波导间倏逝耦合，y波段信号光场不发生倏逝耦合。9.一种实现如权利要求1-8所述基于光生自由载流子的芯片集成全光调制方法的系统，包括光栅耦合器、硅基波导、光学分束器、马赫增特干涉仪以及定向耦合器，还包括：泵浦光场调制耦合子系统，用于将调制信号加载于x波段泵浦光场、通过定向耦合器耦合到光学调制器内；信号光场调制子系统，用于泵浦光场在双光子吸收作用下产生自由载流子、引起传输
波导折射率变化、实现对y波段信号光场相位的有效调制；所述光学调制器以泵浦光场为驱动源且全部由无源光学器件(即不含外接电极)构成；所述系统经过调制的x波段泵浦光场和未经调制的y波段信号光场分别通过光栅耦合器耦合进入硅基波导；信号光场经光学分束器分至马赫增特干涉仪两臂；泵浦光场经定向耦合器耦合进入马赫增特干涉仪一臂；泵浦光场在硅基波导双光子吸收作用下产生自由载流子，改变硅基波导折射率并实现信号光场相位调制；残留泵浦光场经另一定向耦合器导出；经过相位调制的信号光场和未经过相位调制的信号光场干涉输出强度调制信号；所述定向耦合器由两根平行波导组成，波导长度、宽度和间距经过设计，x波段泵浦光场可在两根波导间倏逝耦合，y波段信号光场不发生倏逝耦合。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述方法。

技术总结
本发明公开了一种基于光生自由载流子的芯片集成全光调制方法，泵浦光场通过定向耦合器进入光学调制器、通过双光子吸收效应产生自由载流子并改变传输波导折射率，信号光场相位随折射率变化实现有效调制。该方法基于现阶段相对成熟的芯片集成光路制备工艺，能够通过一次曝光刻蚀制备完成，同时兼顾高调制速率、低插入损耗、高机械稳定性、高制备效率等优势，有望在超大规模芯片集成光电系统中得到广泛应用。用。用。


技术研发人员：郭凯 张洁 陈浩 闫培光
受保护的技术使用者：军事科学院系统工程研究院网络信息研究所
技术研发日：2020.12.08
技术公布日：2022/6/10