基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器及方法，涉及光通信器件领域。该3dB分合束器包括轴对称波导、第一梯形波导、第二梯形波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导，轴对称波导的对称轴与传播方向平行，轴对称波导在定向耦合区逐渐缩窄到一定宽度；第一梯形波导、第二梯形波导对称布置在轴对称波导的两侧，在定向耦合区，第一梯形波导、第二梯形波导的宽度均逐渐加宽；第一弯曲波导与第一梯形波导连接，连接处宽度相等；第二弯曲波导与第二梯形波导连接，连接处宽度相等；第一弯曲波导、第二弯曲波导沿轴对称波导的对称轴对称布置。本发明专利技术能实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽3dB分合束，不需要很高的光刻精度。

Ultra wideband wide 3dB shunt beam combiner and method based on trapezoidal waveguide directional coupler

The invention discloses an ultra wideband wide 3dB shunt combiner based on a trapezoidal waveguide directional coupler and a method thereof, relating to the field of optical communication devices. The 3dB combiner includes symmetrical trapezoidal waveguide, waveguide, the first second trapezoidal waveguide, first bend waveguide, second bend waveguide, waveguide axis symmetry symmetry axis parallel with the direction of propagation and the axial symmetric waveguide directional coupling in the region gradually narrowed to a certain width; first, second symmetrical trapezoidal wave guide trapezoidal waveguide in shaft both sides of the symmetric waveguide directional coupling, in the region, the first and second trapezoidal waveguide trapezoidal waveguide width are gradually widened; the first bend waveguide is connected with the first connection of trapezoidal waveguide, equal width; second bend waveguides and second trapezoidal waveguide junction of equal width; the first bend waveguide, second curved waveguide symmetry along the axis symmetric waveguide the axial symmetrical arrangement. The invention can realize ultra wideband wide 3dB split beam which covers the O band to the U band of the optical communication, and does not need very high photoetching precision.

【技术实现步骤摘要】
基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器及方法
本专利技术涉及光通信器件领域，具体是涉及一种基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器及方法。
技术介绍
超宽带宽3dB分合束器是光通信中偏振复用等应用的一个重要器件。目前使用的3dB分束器主要有：Y分支3dB分束器、1×2多模干涉仪、基于消逝场的3波导分束器。Y分支3dB分束器虽然可以实现超宽带宽的3dB分束，但是由于存在重要的精细结构，所以需要很高的加工精度，成本很高。1×2多模干涉仪的主要缺点是带宽不宽，需要针对不同波段分别设计。基于消逝场的3波导分束器应用了3个梯形的波导，入射波导收窄到相当小的程度，使光泄露后进入两个出射波导，这种结构虽然可以做得非常短，但也存在重要的精细结构，所以也需要很高的加工精度，成本很高。因此，现有的3dB分合束器需要很高的加工精度、加工成本高，或者带宽较窄。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供一种基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器及方法，能够实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽3dB分合束，且不需要很高的光刻精度，工艺复杂度低，成本低。本专利技术提供一种基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器，该3dB分合束器包括轴对称波导、第一梯形波导、第二梯形波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导，轴对称波导的对称轴与传播方向平行，轴对称波导在定向耦合区逐渐缩窄到一定宽度；第一梯形波导、第二梯形波导对称布置在轴对称波导的两侧，在定向耦合区，第一梯形波导、第二梯形波导的宽度均逐渐加宽；第一弯曲波导与第一梯形波导连接，连接处宽度相等；第二弯曲波导与第二梯形波导连接，连接处宽度相等；第一弯曲波导、第二弯曲波导沿轴对称波导的对称轴对称布置。在上述技术方案的基础上，入射光由3dB分合束器的一端入射，进入轴对称波导，在定向耦合区，对称的耦合到第一梯形波导与第二梯形波导中；当第一梯形波导与第二梯形波导的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；第一梯形波导中的光由第一弯曲波导引出，第二梯形波导中的光由第二弯曲波导引出，最终从3dB分合束器的另一端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB分束。在上述技术方案的基础上，入射光由3dB分合束器的另一端入射，分别进入第一弯曲波导、第二弯曲波导，第一弯曲波导中的光入射到第一梯形波导中，第二弯曲波导中的光入射到第二梯形波导中，第一梯形波导、第二梯形波导中的光在传播过程中逐渐耦合到轴对称波导中，当第一梯形波导与第二梯形波导的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；最终从轴对称波导左端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB合束。在上述技术方案的基础上，所述轴对称波导在定向耦合区逐渐缩窄到不小于制作工艺最小制作线宽的宽度。在上述技术方案的基础上，在定向耦合区，所述第一梯形波导、第二梯形波导的宽度均由不小于制作工艺最小制作线宽的宽度逐渐加宽。本专利技术还提供一种应用在上述3dB分合束器的基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束方法，包括以下步骤：入射光由3dB分合束器的一端入射，进入轴对称波导，在定向耦合区，对称的耦合到第一梯形波导与第二梯形波导中；当第一梯形波导与第二梯形波导的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；第一梯形波导中的光由第一弯曲波导引出，第二梯形波导中的光由第二弯曲波导引出，最终从3dB分合束器的另一端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB分束；入射光由3dB分合束器的另一端入射，分别进入第一弯曲波导、第二弯曲波导，第一弯曲波导中的光入射到第一梯形波导中，第二弯曲波导中的光入射到第二梯形波导中，第一梯形波导、第二梯形波导中的光在传播过程中逐渐耦合到轴对称波导中，当第一梯形波导与第二梯形波导的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；最终从轴对称波导左端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB合束。在上述技术方案的基础上，所述轴对称波导在定向耦合区逐渐缩窄到不小于制作工艺最小制作线宽的宽度。在上述技术方案的基础上，在定向耦合区，所述第一梯形波导、第二梯形波导的宽度均由不小于制作工艺最小制作线宽的宽度逐渐加宽。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：(1)本专利技术中的轴对称波导在定向耦合区逐渐缩窄到一定宽度；第一梯形波导、第二梯形波导对称布置在轴对称波导的两侧，第一梯形波导、第二梯形波导的宽度均逐渐加宽；第一弯曲波导与第一梯形波导连接，连接处宽度相等；第二弯曲波导与第二梯形波导连接，连接处宽度相等；第一弯曲波导、第二弯曲波导沿轴对称波导的对称轴对称布置。当耦合区的长度足够长时，波导宽度变化较慢，耦合过程是绝热的，即可实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合。(2)器件不存在精细尺寸，不需要很高的光刻精度，工艺复杂度低，容差大，成品率高，成本低。附图说明图1是本专利技术实施例中基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器的俯视图。图2是图1的主视图。图3是图1沿A-A方向的剖视图。图4是图1沿B-B方向的剖视图。附图标记：1-轴对称波导，2-第一梯形波导，3-第二梯形波导，4-第一弯曲波导，5-第二弯曲波导。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。参见图1所示，本专利技术实施例提供一种基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器，包括轴对称波导1、第一梯形波导2、第二梯形波导3、第一弯曲波导4、第二弯曲波导5，轴对称波导1的对称轴与传播方向平行，轴对称波导1在定向耦合区逐渐缩窄到一定宽度；第一梯形波导2、第二梯形波导3对称布置在轴对称波导1的两侧，在定向耦合区，第一梯形波导2、第二梯形波导3的宽度均逐渐加宽；第一弯曲波导4与第一梯形波导2连接，连接处宽度相等；第二弯曲波导5与第二梯形波导3连接，连接处宽度相等；第一弯曲波导4、第二弯曲波导5沿轴对称波导1的对称轴对称布置。本专利技术实施例还提供一种应用在上述3dB分合束器的基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束方法，包括以下步骤：入射光由3dB分合束器的一端入射，进入轴对称波导1，在定向耦合区，对称的耦合到第一梯形波导2与第二梯形波导3中；当第一梯形波导2与第二梯形波导3的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即可实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；第一梯形波导2中的光由第一弯曲波导4引出，第二梯形波导3中的光由第二弯曲波导5引出，最终从3dB分合束器的另一端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB分束。入射光由3dB分合束器的另一端入射，分别进入第一弯曲波导4、第二弯曲波导5，第一弯曲波导4中的光入射到第一梯形波导2中，第二弯曲波导5中的光入射到第二梯形波导3中，第一梯形波导2、第二梯形波导3中的光在传播过程中逐渐耦合到轴对称波导1中，当第一梯形波导2与第二梯形波导3的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即可实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；最终从轴对称波导1左端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB合束。在实际应用中，轴对称波导1在定向耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器，其特征在于：该3dB分合束器包括轴对称波导(1)、第一梯形波导(2)、第二梯形波导(3)、第一弯曲波导(4)、第二弯曲波导(5)，轴对称波导(1)的对称轴与传播方向平行，轴对称波导(1)在定向耦合区逐渐缩窄到一定宽度；第一梯形波导(2)、第二梯形波导(3)对称布置在轴对称波导(1)的两侧，在定向耦合区，第一梯形波导(2)、第二梯形波导(3)的宽度均逐渐加宽；第一弯曲波导(4)与第一梯形波导(2)连接，连接处宽度相等；第二弯曲波导(5)与第二梯形波导(3)连接，连接处宽度相等；第一弯曲波导(4)、第二弯曲波导(5)沿轴对称波导(1)的对称轴对称布置。

【技术特征摘要】
1.一种基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器，其特征在于：该3dB分合束器包括轴对称波导(1)、第一梯形波导(2)、第二梯形波导(3)、第一弯曲波导(4)、第二弯曲波导(5)，轴对称波导(1)的对称轴与传播方向平行，轴对称波导(1)在定向耦合区逐渐缩窄到一定宽度；第一梯形波导(2)、第二梯形波导(3)对称布置在轴对称波导(1)的两侧，在定向耦合区，第一梯形波导(2)、第二梯形波导(3)的宽度均逐渐加宽；第一弯曲波导(4)与第一梯形波导(2)连接，连接处宽度相等；第二弯曲波导(5)与第二梯形波导(3)连接，连接处宽度相等；第一弯曲波导(4)、第二弯曲波导(5)沿轴对称波导(1)的对称轴对称布置。2.如权利要求1所述的基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器，其特征在于：入射光由3dB分合束器的一端入射，进入轴对称波导(1)，在定向耦合区，对称的耦合到第一梯形波导(2)与第二梯形波导(3)中；当第一梯形波导(2)与第二梯形波导(3)的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；第一梯形波导(2)中的光由第一弯曲波导(4)引出，第二梯形波导(3)中的光由第二弯曲波导(5)引出，最终从3dB分合束器的另一端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB分束。3.如权利要求1所述的基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器，其特征在于：入射光由3dB分合束器的另一端入射，分别进入第一弯曲波导(4)、第二弯曲波导(5)，第一弯曲波导(4)中的光入射到第一梯形波导(2)中，第二弯曲波导(5)中的光入射到第二梯形波导(3)中，第一梯形波导(2)、第二梯形波导(3)中的光在传播过程中逐渐耦合到轴对称波导(1)中，当第一梯形波导(2)与第二梯形波导(3)的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；最终从轴对称波导(1)左端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB合束。4.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈代高，肖希，王磊，李淼峰，杨奇，余少华，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42