一种可调宽谱波长不灵敏定向耦合器制造技术

本发明专利技术公开了一种可调宽谱波长不灵敏定向耦合器，包括衬底，在衬底上设置有依次连接的第一级定向耦合结构、相移结构和第二级定向耦合结构，所述相移结构包括相移弧形波导、相移直波导和第三调制组件，第三调制组件设置在相移弧形波导上；相移弧形波导的一端与第一级定向耦合结构的定向耦合波导Ⅰ的输出端连接，相移弧形波导的另一端与第二级定向耦合结构的定向耦合波导Ⅲ的输入端连接；相移直波导的一端与第一级定向耦合结构的定向耦合波导Ⅱ的输出端连接，相移直波导的另一端与第二级定向耦合结构的定向耦合波导Ⅳ的输入端连接。本发明专利技术可实现宽谱波长不灵敏、宽谱范围分光比调节和较低损耗，且尺寸紧凑，易于和其它器件集成。

A wide band wavelength insensitive directional coupler

The invention discloses an adjustable wide spectrum wavelength insensitive directional coupler comprises a substrate, the substrate is arranged on the first level are directional coupling structure, connection structure and phase shift second directional coupling structure, the phase shift structure comprises a phase shift arc waveguide, the straight waveguide and the phase shift modulation component third, third the modulation module is arranged in a phase shift arc waveguide; directional coupling waveguide output phase shift of the first stage and the end of curved waveguide directional coupling structure is connected, and the other end of the second phase arc waveguide directional coupling structure of directional coupling waveguide III is connected to the input end; the output end of the phase shift directional coupling the straight waveguide and the first directional coupling structure is connected, directional coupling IV and the other end of the second phase straight waveguide directional coupling structure of the input end connection. The invention has the advantages of wide spectrum wavelength insensitivity, wide spectrum range ratio adjustment, low loss, compact size, and easy integration with other devices.

【技术实现步骤摘要】
一种可调宽谱波长不灵敏定向耦合器
本专利技术属于光纤到户无源光网络
，具体涉及一种用于光纤到户用户分配的可调宽谱波长不灵敏耦合器。
技术介绍
随着4k视频、AR/VR技术、互联网+、大数据、云服务等业务快速发展，宽带网络向超带宽、智能化、多业务的方向发展，极大刺激传输网络带宽容量的增加，大力推动光纤到户的发展。在光纤到户无源光网络中，需要大量的分路器来进行光路分配，而在一些特殊的场景，需要可调光分路器，实现动态灵活的光路分配。现有可调光分路器一般采用电光、声光或利用热光多模干涉结构的形式，电光、声光技术工艺复杂、不利于规模化生产。多模干涉结构的可调光分路器需要多级分支或耦合结构，尺寸较大，调制深度不够，且只能工作在特定的波长。无法满足光通信网络宽谱的需求。
技术实现思路
本专利技术针对现有可调耦合器对波长敏感的缺点，提出一种结构紧凑、波长不灵敏的可调宽谱波长不灵敏耦合器。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种可调宽谱波长不灵敏定向耦合器，包括衬底，在衬底上设置有依次连接的第一级定向耦合结构、相移结构和第二级定向耦合结构，所述相移结构包括相移弧形波导、相移直波导和第三调制组件，第三调制组件设置在相移弧形波导上；相移弧形波导的一端与第一级定向耦合结构的定向耦合波导Ⅰ的输出端连接，相移弧形波导的另一端与第二级定向耦合结构的定向耦合波导Ⅲ的输入端连接；相移直波导的一端与第一级定向耦合结构的定向耦合波导Ⅱ的输出端连接，相移直波导的另一端与第二级定向耦合结构的定向耦合波导Ⅳ的输入端连接。所述衬底为二氧化硅、硅、SOI、磷化铟或半导体聚合物。第一级定向耦合结构、相移结构和第二级定向耦合结构均由光波导材料制成，所述光波导材料为二氧化硅、硅、铟镓砷磷、聚合物或其它半导体材料。所述相移弧形波导包括第一相移弧形波导、第二相移弧形波导、第三相移弧形波导和第四相移弧形波导，第一相移弧形波导的一端与定向耦合波导Ⅰ的输出端连接，第一相移弧形波导的另一端与第二相移弧形波导的一端连接，第二相移弧形波导的另一端与第三相移弧形波导的一端连接，第三相移弧形波导的另一端与第四相移弧形波导的一端连接，第四相移弧形波导的另一端与定向耦合波导Ⅲ的输入端连接；第一相移弧形波导和第二相移弧形波导相连构成的弧与第三相移弧形波导和第四相移弧形波导相连构成的弧对称；且第一相移弧形波导的弯曲方向与第二相移弧形波导的弯曲方向相反。第三调制组件为U型结构的电调制组件或U型结构的热调制组件。所述第一级定向耦合结构，包括平行设置的第一输入波导组件和第二输入波导组件，第一输入波导组件包括输入波导Ⅰ、弧形波导Ⅰ、弧形波导Ⅱ、定向耦合波导Ⅰ和第一调制组件Ⅰ；输入波导Ⅰ的一端为进光端口，输入波导Ⅰ的另一端与弧形波导Ⅰ的一端接触连接，弧形波导Ⅰ的另一端与弧形波导Ⅱ的一端接触连接，弧形波导Ⅱ的另一端与定向耦合波导Ⅰ的一端接触连接，定向耦合波导Ⅰ的另一端与第一相移弧形波导的一端接触连接，第一调制组件Ⅰ设置在衬底上且位于定向耦合波导Ⅰ外侧；第二输入波导组件包括输入波导Ⅱ、弧形波导Ⅲ、弧形波导Ⅳ、定向耦合波导Ⅱ和第一调制组件Ⅱ；输入波导Ⅱ的一端为另一进光端口，输入波导Ⅱ的另一端与弧形波导Ⅲ的一端接触连接，弧形波导Ⅲ的另一端与弧形波导Ⅳ的一端接触连接，弧形波导Ⅳ的另一端与定向耦合波导Ⅱ的一端接触连接，定向耦合波导Ⅱ的另一端与相移直波导的一端接触连接，第一调制组件Ⅱ设置在衬底上且位于定向耦合波导Ⅱ外侧。所述输入波导Ⅰ与弧形波导Ⅰ的接触处、弧形波导Ⅱ与定向耦合波导Ⅰ的接触处、定向耦合波导Ⅰ与第一相移弧形波导的接触处、输入波导Ⅱ与弧形波导Ⅲ的接触处、弧形波导Ⅳ与定向耦合波导Ⅱ的接触处均设置有位错Ⅰ；弧形波导Ⅰ与弧形波导Ⅱ的接触处、弧形波导Ⅲ与弧形波导Ⅳ的接触处均设置有位错Ⅱ。所述第一调制组件Ⅰ和第一调制组件Ⅱ相同均为电调制组件或热调制组件。所述第二级定向耦合结构，包括平行设置的第一输出波导组件和第二输出波导组件，第一输出波导组件包括输出波导Ⅰ、弧形波导Ⅴ、弧形波导Ⅵ、定向耦合波导Ⅲ和第二调制组件Ⅰ；输出波导Ⅰ的一端为出光端口，输出波导Ⅰ的另一端与弧形波导Ⅴ的一端接触连接，弧形波导Ⅴ的另一端与弧形波导Ⅵ的一端接触连接，弧形波导Ⅵ的另一端与定向耦合波导Ⅲ的一端接触连接，定向耦合波导Ⅲ的另一端与第一相移弧形波导的另一端接触连接，第二调制组件Ⅰ设置在衬底上且位于定向耦合波导Ⅲ外侧；第二输出波导组件包括输出波导Ⅱ、弧形波导Ⅶ、弧形波导Ⅷ、定向耦合波导Ⅳ和第二调制组件Ⅱ；输出波导Ⅱ的一端为另一出光端口，输出波导Ⅱ的另一端与弧形波导Ⅶ的一端接触连接，弧形波导Ⅶ的另一端与弧形波导Ⅷ的一端接触连接，弧形波导Ⅷ的另一端与定向耦合波导Ⅳ的一端接触连接，定向耦合波导Ⅳ的另一端与相移直波导的另一端接触连接，第二调制组件Ⅱ设置在衬底上且位于定向耦合波导Ⅳ外侧。输出波导Ⅰ与弧形波导Ⅴ的接触处、弧形波导Ⅵ与定向耦合波导Ⅲ的接触处、定向耦合波导Ⅲ与第一相移弧形波导的接触处、输出波导Ⅱ与弧形波导Ⅶ的接触处、弧形波导Ⅷ与定向耦合波导Ⅳ的接触处均设置有位错Ⅰ；弧形波导Ⅴ与弧形波导Ⅵ的接触处、弧形波导Ⅶ与弧形波导Ⅷ的接触处均设置有位错Ⅱ。所述第二调制组件Ⅰ和第二调制组件Ⅱ相同均为电调制组件或热调制组件。本专利技术的输入波导、输出波导之间的间距均为127μm或250μm整数倍。本专利技术具有以下有益效果：1)采用两级定向耦合器和相移结构级联，通过优化耦合长度和相移大小，实现宽谱波长不灵敏，并对耦合区域和相移引入调制，调节耦合比及相移大小，实现宽谱范围分光比调节。2)采用平面光波导工艺制作，实现较低损耗，且尺寸紧凑，易于和其它器件集成。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术第一定向耦合器的结构示意图。图3为本专利技术弧形波导与直波导连接部分示意图。图4为本专利技术弧形波导与直线波导连接部分损耗随位错变化趋势图。图5为本专利技术第一定向耦合器折射率变化时耦合器输出功率变换。图6为本专利技术相移结构的结构示意图。图7为本专利技术第二定向耦合器的结构示意图。图8为本专利技术静态输出谱线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1-3、图6-7所示，一种可调宽谱波长不灵敏定向耦合器，包括衬底100，所述衬底100为二氧化硅、硅、SOI、磷化铟或半导体聚合物。在衬底100上设置有依次连接的第一级定向耦合结构1、相移结构2和第二级定向耦合结构3，第一级定向耦合结构1、相移结构2和第二级定向耦合结构3均由光波导材料制成，所述光波导材料101为二氧化硅、硅、铟镓砷磷、聚合物或其它半导体材料。所述相移结构2包括相移弧形波导、相移直波导22和第三调制组件26，第三调制组件26设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调宽谱波长不灵敏定向耦合器，其特征在于：包括衬底(100)，在衬底(100)上设置有依次连接的第一级定向耦合结构(1)、相移结构(2)和第二级定向耦合结构(3)，所述相移结构(2)包括相移弧形波导、相移直波导(22)和第三调制组件(26)，第三调制组件(26)设置在相移弧形波导上；相移弧形波导的一端与第一级定向耦合结构(1)的定向耦合波导Ⅰ(16)的输出端连接，相移弧形波导的另一端与第二级定向耦合结构(3)的定向耦合波导Ⅲ(30)的输入端连接；相移直波导(22)的一端与第一级定向耦合结构(1)的定向耦合波导Ⅱ(17)的输出端连接，相移直波导(22)的另一端与第二级定向耦合结构(3)的定向耦合波导Ⅳ(31)的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种可调宽谱波长不灵敏定向耦合器，其特征在于：包括衬底(100)，在衬底(100)上设置有依次连接的第一级定向耦合结构(1)、相移结构(2)和第二级定向耦合结构(3)，所述相移结构(2)包括相移弧形波导、相移直波导(22)和第三调制组件(26)，第三调制组件(26)设置在相移弧形波导上；相移弧形波导的一端与第一级定向耦合结构(1)的定向耦合波导Ⅰ(16)的输出端连接，相移弧形波导的另一端与第二级定向耦合结构(3)的定向耦合波导Ⅲ(30)的输入端连接；相移直波导(22)的一端与第一级定向耦合结构(1)的定向耦合波导Ⅱ(17)的输出端连接，相移直波导(22)的另一端与第二级定向耦合结构(3)的定向耦合波导Ⅳ(31)的输入端连接。2.根据权利要求1所述的可调宽谱波长不灵敏定向耦合器，其特征在于：所述相移弧形波导包括第一相移弧形波导(21)、第二相移弧形波导(23)、第三相移弧形波导(24)和第四相移弧形波导(25)，第一相移弧形波导(21)的一端与定向耦合波导Ⅰ(16)的输出端连接，第一相移弧形波导(21)的另一端与第二相移弧形波导(23)的一端连接，第二相移弧形波导(23)的另一端与第三相移弧形波导(24)的一端连接，第三相移弧形波导(24)的另一端与第四相移弧形波导(25)的一端连接，第四相移弧形波导(25)的另一端与定向耦合波导Ⅲ(30)的输入端连接；第一相移弧形波导(21)和第二相移弧形波导(23)相连构成的弧与第三相移弧形波导(24)和第四相移弧形波导(25)相连构成的弧对称；且第一相移弧形波导(21)的弯曲方向与第二相移弧形波导(23)的弯曲方向相反。3.根据权利要求1或2所述的可调宽谱波长不灵敏定向耦合器，其特征在于：第三调制组件(26)为U型结构的电调制组件或U型结构的热调制组件。4.根据权利要求1所述的可调宽谱波长不灵敏定向耦合器，其特征在于：所述第一级定向耦合结构(1)，包括平行设置的第一输入波导组件和第二输入波导组件，第一输入波导组件包括输入波导Ⅰ(10)、弧形波导Ⅰ(12)、弧形波导Ⅱ(14)、定向耦合波导Ⅰ(16)和第一调制组件Ⅰ(18)；输入波导Ⅰ(10)的一端为进光端口，输入波导Ⅰ(10)的另一端与弧形波导Ⅰ(12)的一端接触连接，弧形波导Ⅰ(12)的另一端与弧形波导Ⅱ(14)的一端接触连接，弧形波导Ⅱ(14)的另一端与定向耦合波导Ⅰ(16)的一端接触连接，定向耦合波导Ⅰ(16)的另一端与第一相移弧形波导(21)的一端接触连接，第一调制组件Ⅰ(18)设置在衬底(100)上且位于定向耦合波导Ⅰ(16)外侧；第二输入波导组件包括输入波导Ⅱ(11)、弧形波导Ⅲ(13)、弧形波导Ⅳ(15)、定向耦合波导Ⅱ(17)和第一调制组件Ⅱ(19)；输入波导Ⅱ(11)的一端为另一进光端口，输入波导Ⅱ(11)的另一端与弧形波导Ⅲ(13)的一端接触连接，弧形波导Ⅲ(13)的另一端与弧形波导Ⅳ(15)的一端接触连接，弧形波导Ⅳ(15)的另一端与定向耦合波导Ⅱ(17)的一端接触连接，定向耦合波导Ⅱ(17)的另一端与相移直波导(22)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮亮，张家顺，安俊明，尹小杰，李建光，王红杰，吴远大，王玥，胡雄伟，
申请(专利权)人：河南仕佳光子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41