一种基于非对称布拉格光栅的模式转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于非对称布拉格波导光栅的模式转换器，包括一个对称Y分叉波导、一段单模输入波导、一段非对称布拉格波导光栅、一段单模输出波导，该布拉格波导光栅设计在脊波导的一侧边上，由于其折射率的周期性微扰作用，使得波导内的TE和TM模之间发生耦合，本发明专利技术实现了TE模和TM模之间的转化功能，具有设计结构简单、带宽大、尺寸紧凑和制作容差大等特点；器件制作工艺具有CMOS工艺兼容性，使得器件易于集成和扩展，方便低成本制造，可广泛应用于片上高密度集成的高速光通信系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种光的模式转换集成器件，特别是设及一种基于非对称布拉格光栅 的模式转换器。
技术介绍
随着当今社会的不断发展，人们对网络数据量的需求不断增长，对提高通信网络 速度的要求越来越迫切。目前光通信网络正肩负着该历史使命，朝着低成本、大容量和高速 度的目标前进。如今40Gb/s的光传送网已经广泛运用，而lOOGb/s的光网络正处于蓬勃发 展阶段。在速度超过lOOGb/s的光网络中采用标准化的编解码方式已经达成共识，该种编 码方式是基于相干接收的双偏振正交相移键控调制技术（PM-QPSK)。在PM-QPSK中需要对 光信号进行偏振转换、分离和合成，偏振控制器是构成相干接收器的关键器件。 模式转换器是模式控制器的一个重要组成部分，它能把在波导传输光的偏振方向 旋转90度，也就是能将波导中的横电模式（T巧旋转为横磁模式（TM)，也可W将TM模式旋 转为TE模式。目前提出的模式转换器主要是基于S种结构；第一种是采用L型波导结构， 它能实现两种模式的相互转换，但是其不足之处是存在严格的拍长，需要对器件的长度精 屯、控制；第二种是基于定向禪合器的结构，该结构只能实现单一模式的转换，如从TE模式 到TM模式，或TM模式到TE模式，并且也存在严格的禪合长度，工艺容差小；第S种是基于 渐变型波导的结构，该结构可W实现模式相互转换，但是波导的高度发生突变，不利于光的 输入或输出。 因此，研制出结构简单、功耗更低、易于集成和制作的模式转换集成器件，是今后 发展片上集成光通信技术的重要而有意义的工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于非对称布拉格光栅的模式转换器，结构简单、功 耗更低、易于集成和制作。 本专利技术一种基于非对称布拉格光栅的模式转换器，包括单模输入波导、对称Y分 叉波导、单模输出波导，非对称布拉格波导光栅；单模输入波导和单模输出波导分别与对称 Y分叉波导的两个分支波导连接，对称Y分叉波导的主干波导与非对称布拉格波导光栅连 接，单模输入波导通过对称Y分叉波导将TE/TM模输入到非对称布拉格波导光栅中，所述的 非对称布拉格波导光栅是通过在波导一侧边上刻蚀一维周期单元形成的，该周期满足单模 波导中TE和TM模之间发生禪合的相位匹配条件，该非对称布拉格波导光栅将在其中传输 的TE/TM模旋转90度，转换为TM/TE模，并将其反射回去，经过对称Y分叉波导从单模输出 波导输出。 所述的单模输入波导、对称Y分叉波导、单模输出波导和非对称布拉格波导光栅 为支持TE和TM模的脊形波导。 所述的非对称布拉格波导光栅的光栅齿设计在波导的一个侧边上。 所述的构成非对称布拉格波导光栅的周期单元形状均为矩形。 本专利技术具有的有益效果是： 1、结合非对称布拉格光栅的运用实现了单模波导中TE模式和TM模式间发生转 换，具有转换效率高，无拍长和容差大等特点。 2、器件设计结构简单，尺寸紧凑。 3、器件制作工艺具有CMOS工艺兼容性，使得器件易于集成和扩展，方便低成本制 造，可广泛应用于片上高密度集成的光互连通信系统。【附图说明】 图1是本专利技术基于非对称布拉格波导光栅的模式转换器的结构图； 图2是图1中脊形波导的剖面图； 图3是图1中布拉格光栅的周期单元形状为矩形的实施例图； 图4是图1中非对称布拉格波导光栅的俯视图。 W下结合附图和实施例对本专利技术做进一步详述。[001引图标说明；1、单模输入波导 2、对称Y分叉波导 3、单模输出波导 4、非对称布拉格波导光栅【具体实施方式】 如图1所示，本专利技术一种基于非对称布拉格光栅的模式转换器，包括一个单模输 入波导1、对称Y分叉波导2、单模输出波导3和非对称布拉格波导光栅4,其中单模输入波 导1和单模输出波导3分别与对称Y分叉波导2的两个分支波导连接；非对称布拉格波导 光栅和对称Y分叉波导2的主干波导连接。 如图1所示，单模输入波导1通过对称Y分叉波导2将TE(TM)模输入到非对称布 拉格波导光栅4中，非对称布拉格波导光栅4将在其中传输的TE(TM)模旋转90度，即转换 为TM(T巧模，并将其反射回去，经过对称Y分叉波导2从单模输出波导3输出。 如图1、图3和图4所示，所述的非对称布拉格波导光栅4是通过在波导一侧边上 刻蚀一维矩形周期单元形成的，布拉格波导光栅4的周期满足单模波导中的TE模和TM模 之间发生禪合的相位匹配条件，由于布拉格波导光栅4折射率的周期性微扰作用，使得波 导内的TE和TM模之间发生禪合。 为满足不同尺寸的单模波导内TE和TM模转换的要求，需要设计不同的布拉格光 栅周期，可W通过W下公式获得：(1)[002引式中A为光栅的周期，0TE为单模波导TE模的传播常数，0TM为单模波导TM模 的传播常数。如图1所示一种实施例，本专利技术提及的基于非对称布拉格波导光栅的模式转换器 由传统的单模波导、对称Y分叉波导和非对称布拉格波导光栅构成，该器件所有组成部分 皆位于同一平面内。图1中的所有单模波导1、3,对称Y分叉波导2和非对称布拉格波导光 栅4,皆采用图2所示的脊形波导。 实施例； 如图1和图4所示，采用顶层娃厚为340皿、二氧化娃埋层2ym的绝缘层上娃 (SOI)材料，在完成晶圆表面清洗后，进行深紫外光刻或电子束直写光刻获得娃刻蚀掩膜， 通过两次娃干法刻蚀，制作出内脊宽450皿和外脊宽5ym的娃脊形波导，外脊高为120皿。 所述的非对称布拉格波导光栅的光栅齿是设计在波导的一个侧边上，即波导的一侧边刻蚀 布拉格波导光栅，矩形光栅齿为150nm，光栅齿的深度为220nm，光栅的周期为300nm。 上述实施例中的光栅周期参数是针对450nm宽度的脊波导设计的，器件也适合其 它宽度的脊波导，也适用于不同的顶层娃厚度的脊波导，只需改变不同的光栅周期参数，模 式转换功能即可实现。整个器件只需经过两次刻蚀即可完成制作。 上述【具体实施方式】用来解释说明本专利技术，而不是对本专利技术进行限制，在本专利技术的 精神和权利要求的保护范围内，对本专利技术作出的任何修改和改变，都落入本专利技术的保护范 围。【主权项】1. 一种基于非对称布拉格波导光栅的模式转换器，其特征在于：包括单模输入波导、 对称Y分叉波导、单模输出波导，非对称布拉格波导光栅；单模输入波导和单模输出波导分 别与对称Y分叉波导的两个分支波导连接，对称Y分叉波导的主干波导与非对称布拉格波 导光栅连接，单模输入波导通过对称Y分叉波导将TE/TM模式输入到非对称布拉格波导光 栅中，所述的非对称布拉格波导光栅是通过在波导一侧边上刻蚀一维周期单元形成的，该 周期满足单模波导中TE和TM模之间发生耦合的相位匹配条件，该非对称布拉格波导光栅 将在其中传输的TE/TM模旋转90度，转换为TM/TE模，并将其反射回去，经过对称Y分叉波 导从单模输出波导输出。2. 根据权利要求1所述的一种基于非对称布拉格波导光栅的模式转换器，其特征在 于：所述的单模输入波导、对称Y分叉波导、单模输出波导和非对称布拉格波导光栅为支持 TE和TM模的脊形波导。3. 根据权利要求2所述的一种基于非对称布拉格波导光栅的模式转换器，其特征在 于：所述的非对称布拉格波导光栅的光栅齿设计在波导的一个侧边上。4. 根据权利要求2所述的一种基于非对称布拉格波导光栅的模式转换器，其特征在 于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非对称布拉格波导光栅的模式转换器，其特征在于：包括单模输入波导、对称Y分叉波导、单模输出波导，非对称布拉格波导光栅；单模输入波导和单模输出波导分别与对称Y分叉波导的两个分支波导连接，对称Y分叉波导的主干波导与非对称布拉格波导光栅连接，单模输入波导通过对称Y分叉波导将TE/TM模式输入到非对称布拉格波导光栅中，所述的非对称布拉格波导光栅是通过在波导一侧边上刻蚀一维周期单元形成的，该周期满足单模波导中TE和TM模之间发生耦合的相位匹配条件，该非对称布拉格波导光栅将在其中传输的TE/TM模旋转90度，转换为TM/TE模，并将其反射回去，经过对称Y分叉波导从单模输出波导输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱晖晔，陈梁洁，赖国忠，苏玉霞，
申请(专利权)人：龙岩学院，
类型：发明
国别省市：福建;35