一种基于模阶转换的分束器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于模阶转换的分束器，涉及光分束器技术领域。该分束器包括顺次相连的用于模阶转换的梯形波导、用于扩束的扩束梯形波导以及用于实现分束和基模输出的组合波导结构。基模光束进入用于模阶转换的梯形波导转换成高阶模；高阶模再经过扩束梯形波导进行扩束后，进入组合波导结构；组合波导结构对扩束后的光束进行分束并使出射口光束变为基模后射出，最终得到一定分光比的多束光束。本发明专利技术的分束器不但对制作工艺要求低、成品率高，而且带宽大、插损低。 1

A beam splitter based on mode order conversion

The invention discloses a beam splitter based on mode conversion, which relates to the technical field of optical beam splitter. The beam splitter consists of a trapezoid waveguide connected to a mode order, a beam expanding trapezoidal waveguide, and a combined waveguide structure for realizing the beam splitting and the base mode output. The base mode beam enters the trapezoid waveguide used for the mode order conversion into the high order mode; the high order mode then passes through the beam expanding trapezoidal waveguide and then enters the composite waveguide structure. The combined waveguide structure divides the beam after the beam expansion and emends the beam to the base mode, and finally gets a certain beam of beam splitting ratio. The beam splitter of the invention not only has low requirement for manufacturing process, high yield, but also has large bandwidth and low insertion loss. One

【技术实现步骤摘要】
一种基于模阶转换的分束器
本专利技术涉及光分束器
，具体来讲是一种基于模阶转换的分束器。
技术介绍
分束器是光通信中的一个重要器件，目前使用的分束器可归纳为两种，第一种是基于定向耦合器的分束器，第二种是基于多模干涉仪的分束器。目前存在的问题是：1、定向耦合器的波导宽度对耦合效率有很大影响，而制作工艺很难按设计宽度做出波导，所以其工艺容差低，而且由于不同波长的耦合系数变化很大，所以其带宽小；2、多模干涉仪基于自映像原理，波长相关性大，所以其带宽小，偏离中心波长的插损大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有的分束器存在对制作工艺要求高、成品率低，带宽偏小、插损大的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是：提供一种基于模阶转换的分束器，该分束器包括顺次相连的用于模阶转换的梯形波导、用于扩束的扩束梯形波导以及用于实现分束和基模输出的组合波导结构；基模光束进入用于模阶转换的梯形波导转换成高阶模TEi，i为正整数；高阶模TEi再经过扩束梯形波导进行扩束后，进入组合波导结构；组合波导结构对扩束后的光束进行分束并使出射口光束变为基模后射出，最终得到一定分光比的多束光束。在上述技术方案的基础上，所述用于模阶转换的梯形波导可采用第一对称梯形波导，实现基模与高阶偶数阶模之间的转换；还可采用第一非对称梯形波导，实现基模与高阶偶数阶模或者基模与高阶奇数阶模之间的转换。在上述技术方案的基础上，所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成TE1模，所述组合波导结构包括第一梯形波导和第二梯形波导；TE1模模场有两份强度相等的等份，模式经扩束梯形波导进行扩束时，两等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口中心处用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第一梯形波导和第二梯形波导，光从第一梯形波导和第二梯形波导出射后均为基模，且分光比为1：1，即形成由TE1模为过渡模的3dB分束器。在上述技术方案的基础上，所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导或第一对称梯形波导将基模转换成TE2模，所述组合波导结构包括第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导；TE2模模场有三份强度相等的等份，TE2模经扩束梯形波导进行扩束时，三等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上分别距出口上边沿1/3宽度处和2/3宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导，光从第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导出射后均为基模，且分光比为1：1：1，即形成由TE2模为过渡模的三等分分束器。在上述技术方案的基础上，所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导或第一对称梯形波导将基模转换成高阶偶数阶TEb模，n为理数；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口还连接有第二非对称梯形波导；TEn模模场有n+1份强度相等的等份，TEn模经扩束梯形波导进行扩束时，n+1等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上距出口上边沿或下边沿1/(n+1)宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第四梯形波导和第五梯形波导；其中，n等份的光进入第四梯形波导后再进入第二非对称梯形波导，第二非对称梯形波导将n等份的光转换为基模出射，1等份的光进入第五梯形波导后出射为基模，即形成由TEn模为过渡模分光比为n:1的分束器。在上述技术方案的基础上，所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成高阶奇数阶TEm模，m为奇数；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口还连接有第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导；TEm模模场有m+1份强度相等的等份，TEm模经扩束梯形波导进行扩束时，m+1等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上距出口上边沿或下边沿1/(m+1)宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第四梯形波导和第五梯形波导；其中，m等份的光进入第四梯形波导后再进入第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导，第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导将m等份的光转换为基模出射，1等份的光进入第五梯形波导后出射为基模，即形成由TEm模为过渡模分光比为m:1的分束器。在上述技术方案的基础上，所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成高阶奇数阶TEl模，l为奇数且l≥5；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口连接有第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导，第五梯形波导的出射口连接有第三对称梯形波导；TEl模模场有l+1份强度相等的等份，TEl模经扩束梯形波导进行扩束时，l+1等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上距出口上边沿或下边沿l1/(l+1)宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第四梯形波导和第五梯形波导，l1为奇数且3≤l1＜l；其中，l1等份的光进入第四梯形波导后再进入第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导，第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导将l1等份的光转换为基模出射，l2等份的光进入第五梯形波导后再进入第三对称梯形波导，第三对称梯形波导将l2等份的光转换为基模出射，l2+l1＝l+1，即形成由TEl模为过渡模分光比为l1:l2的分束器。在上述技术方案的基础上，所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成高阶奇数阶TEp模，p为奇数且p≥3；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口连接有第二非对称梯形波导，第五梯形波导的出射口连接有第三非对称梯形波导；TEp模模场有p+1份强度相等的等份，TEp模经扩束梯形波导进行扩束时，p+1等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上距出口上边沿或下边沿p1/(p+1)宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第四梯形波导和第五梯形波导，2≤p1<p；其中，p1等份的光进入第四梯形波导后再进入第二非对称梯形波导，第二非对称梯形波导将p1等份的光转换为基模出射，p2等份的光进入第五梯形波导后再进入第三对非称梯形波导，第三非对称梯形波导将p2等份的光转换为基模出射，p2+p1＝p+1，即形成由TEp模为过渡模分光比为p1:p2的分束器。在上述技术方案的基础上，所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导或第一对称梯形波导将基模转换成高阶偶数阶TEq模，q为偶数且q≥4；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口连接有第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导，第五梯形波导的出射口连接有第三非对称梯形波导；TEq模模场有q+1份强度相等的等份，TEq模经扩束梯形波导进行扩束时，q+1等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上距出口上边沿或下边沿q1/(q+1)宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模阶转换的分束器，其特征在于：该分束器包括顺次相连的用于模阶转换

【技术特征摘要】
1.一种基于模阶转换的分束器，其特征在于：该分束器包括顺次相连的用于模阶转换的梯形波导、用于扩束的扩束梯形波导以及用于实现分束和基模输出的组合波导结构；基模光束进入用于模阶转换的梯形波导转换成高阶模TEi，i为正整数；高阶模TEi再经过扩束梯形波导进行扩束后，进入组合波导结构；组合波导结构对扩束后的光束进行分束并使出射口光束变为基模后射出，最终得到一定分光比的多束光束。2.如权利要求1所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导可采用第一对称梯形波导，实现基模与高阶偶数阶模之间的转换；还可采用第一非对称梯形波导，实现基模与高阶偶数阶模或者基模与高阶奇数阶模之间的转换。3.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成TE1模，所述组合波导结构包括第一梯形波导和第二梯形波导；TE1模模场有两份强度相等的等份，模式经扩束梯形波导进行扩束时，两等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口中心处用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第一梯形波导和第二梯形波导，光从第一梯形波导和第二梯形波导出射后均为基模，且分光比为1：1，即形成由TE1模为过渡模的3dB分束器。4.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导或第一对称梯形波导将基模转换成TE2模，所述组合波导结构包括第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导；TE2模模场有三份强度相等的等份，TE2模经扩束梯形波导进行扩束时，三等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上分别距出口上边沿1/3宽度处和2/3宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导，光从第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导出射后均为基模，且分光比为1：1：1，即形成由TE2模为过渡模的三等分分束器。5.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导或第一对称梯形波导将基模转换成高阶偶数阶TEn模，n为偶数；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口还连接有第二非对称梯形波导；TEn模模场有n+1份强度相等的等份，TEn模经扩束梯形波导进行扩束时，n+1等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上距出口上边沿或下边沿1/(n+1)宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第四梯形波导和第五梯形波导；其中，n等份的光进入第四梯形波导后再进入第二非对称梯形波导，第二非对称梯形波导将n等份的光转换为基模出射，1等份的光进入第五梯形波导后出射为基模，即形成由TEn模为过渡模分光比为n:1的分束器。6.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成高阶奇数阶TEm模，m为奇数；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口还连接有第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导；TEm模模场有m+1份强度相等的等份，TEm模经扩束梯形波导进行扩束时，m+1等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上距出口上边沿或下边沿1/(m+1)宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第四梯形波导和第五梯形波导；其中，m等份的光进入第四梯形波导后再进入第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导，第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导将m等份的光转换为基模出射，1等份的光进入第五梯形波导后出射为基模，即形成由TEm模为过渡模分光比为m:1的分束器。7.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈代高，肖希，王磊，张宇光，胡晓，李妙峰，冯朋，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