本发明专利技术公开了一种基于部分透射式角反射镜组的片上集成部分反射器。包括输入波导、输出波导以及连接在输入波导和输出波导之间的部分透射式角反射镜组，部分透射式角反射镜组由第一反射镜、中心透射区域和第二反射镜组成，第一反射镜和第二反射镜的反射面朝向输入波导，组成90度或其它角度的角反射镜；部分透射式角反射镜组输入端经通过扩束器与输入波导连接，部分透射式角反射镜组输出端经能量耦合器与输出波导连接，输入波导和输出波导可取任意宽度。本发明专利技术用于集成光学芯片，可以实现宽波长范围内的任意透射率和反射率分配。结构简单，损耗低，具有较大的制作容差。
【技术实现步骤摘要】
基于部分透射式角反射镜组的片上集成部分反射器
本专利技术涉及集成光学芯片领域的一种片上集成部分反射器，尤其是涉及一种基于部分透射式角反射镜组的片上集成部分反射器。
技术介绍
集成光学技术是当今光学发展的前沿技术之一。随着互联网产业的迅猛发展，市场对具有高带宽、高灵活性、低成本的光通信器件的需求日益增长。大规模集成光学芯片(photonicintegratedcircuit，PIC)技术是满足这一需求的可行方案。通过将有源器件，如激光器、调制器、放大器、探测器，和无源器件，如分路器、衰减器、隔离器、波分复用/解复用器等集成在同一芯片上，集成光学芯片可以在极小的尺寸上提供更高的带宽，同时具有更低的成本和更高的灵活度。对于集成光学领域，片上集成部分反射器是一个连接激光器和其他器件的重要结构，该结构可以将一部分光反射回激光器用于形成谐振腔，同时将另一部分光作为输出光透射进入其他器件。目前在集成光学芯片平台上可用的部分反射器件分为以下几种：一是基于解理平面或深刻蚀平面，二是基于深刻蚀或浅刻蚀的分布式布拉格光栅反射器，三是基于深刻蚀槽。这些器件都有其优点，但也都存在一定的缺陷。基于解理面的部分反射器通过将波导材料解理形成自然反射面，制作最为简单，通过在解理面上镀膜也可以实现所需的透射率和反射率，但是解理面的形成依赖解理精度，解理时的误差(一般为10μm左右)会影响激光器的腔长，造成激光器输出模式的不稳定。深刻蚀平面通过在片上深刻蚀形成类似的反射面，可以有效避免解理产生的误差，所以常用于分立的激光器作为输出端面。但是这两类部分反射器，其出射光均已经进入空气中，很难再将其耦合进入芯片上，所以一般不用于集成光学芯片上。基于分布式布拉格光栅(distributedBraggreflector，DBR)的部分反射器也是一种常用的片上集成部分反射器，如图1所示，这类结构通过沿波导方向制作具有周期性结构的衍射光栅来实现光反馈，同时出射光仍然可以在片上传输。该周期性结构可以通过浅刻蚀或深刻蚀形成。浅刻蚀DBR光栅形成的周期性折射率差较小，反射带宽较窄，具有很强的模式选择性，因此不适用于一些要求宽带反射的结构。深刻蚀DBR光栅可以作为宽带反射器，且可以做到很小的尺寸(一般周期为μm量级)，其结构如图1所示。但是，DBR光栅的制作需要高精度的光刻，光刻的质量对结构的性能影响极大，制作容差很小。同时，光栅的制作过程一般不用于其他结构，因此引入了额外的制作过程，增加了制作难度和成本。另一种常用的片上集成部分反射器是通过深刻蚀空气槽实现。通过两个深刻蚀面和中间的空气间隙构成一个复合反射面，由于两个反射面间光的干涉效应，调节槽的宽度可以实现不同的透射率和反射率。但是为了降低衍射损耗，刻蚀槽的宽度不能太大，一般与波长在同一个量级，而过窄的深刻蚀槽的刻蚀质量无法保证，深刻蚀面如果过于粗糙将会引入极大损耗。此外，深刻蚀槽的透射率和反射率对槽的宽度很敏感，在实际制作中难以保证制作精度。同时，对于利用刻蚀槽实现部分反射效果的结构，其透射率和反射率只与深刻蚀槽的宽度有关，设计时只有一个参数可以改变，局限性较大。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于部分透射式角反射镜组的片上集成部分反射器。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术包括一条输入波导、一条输出波导以及连接在输入波导和输出波导之间的一个部分透射式角反射镜组，部分透射式角反射镜组由第一反射镜、中心透射区域和第二反射镜依次排列组成，第一反射镜和第二反射镜的反射面朝向输入波导。外部输入光从所述部分透射式角反射镜组的输入端口进入，一部分最终从输出波导透射，一部分反射回输入波导。所述部分透射式角反射镜组输入端与输入波导相连，输出端与输出波导相连，输入波导宽度大于输出波导宽度；所述的输入波导宽度和输出波导宽度的宽度比根据所述片上集成部分反射器所需的透射率和反射率取值；在宽度比固定时，第一反射镜和第二反射镜的反射角α根据所述片上集成部分反射器所需的透射率和反射率取值。所述部分透射式角反射镜组输入端经通过扩束器与输入波导连接，部分透射式角反射镜组输出端经能量耦合器与输出波导连接，输入波导和输出波导取任意宽度。所述能量耦合器采用锥形波导，能实现透射光在中心透射区域和输出波导之间的低损耗耦合。能量耦合器的锥形波导的宽度沿自身长度方向变化，宽度和长度之间可以设置为不同的函数关系。所述扩束器采用锥形波导，输入端宽度与输入波导的宽度相同，输出端宽度与部分透射式角反射镜组的输入端宽度相同。所述扩束器由多模干涉耦合波导结构和波导模斑转换器构成，多模干涉耦合波导结构的输入端经波导模斑转换器与输入波导连接以降低反射损耗，波导模斑转换器采用锥形波导，多模干涉耦合波导结构的输出端与部分透射式角反射镜组输入端连接，多模干涉耦合波导结构宽度与部分透射式角反射镜组的输入端宽度相同。所述第一反射镜和第二反射镜的反射角α为45°，即第一反射镜和第二反射镜的反射面和中心透射区域的传输方向成45°夹角。所述第一反射镜和第二反射镜的反射面均通过深刻蚀形成。所述片上集成部分反射器的所有器件均采用二氧化硅、绝缘体上硅(SOI)、聚合物、Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物等无源光波导材料制作。所述片上集成部分反射器的所有器件均采用有源半导体化合物材料制作，并且上面覆盖电极，通过注入电流提供光增益以弥补器件损耗。本专利技术技术方案中，所述输入波导和部分透射式角反射镜组输入端口、输出波导和部分透射式角反射组的输出端口的连接主要有以下几种实施方式：第一种实施方式是：所述输入波导和部分透射式角反射镜组输入端口直接连接，所述输出波导和部分透射式角反射组的输出端口直接连接。输入波导宽度应与部分透射式角反射镜组的输入端口宽度相同，输出波导宽度应与部分透射式角反射镜组的输出端口宽度相同。输入波导宽度应大于输出波导。从输入波导进入的入射光，其边缘部分将通过依次经过两个反射镜反射回输入波导，其中心部分直接进入输出波导。该实施方式的透射率和反射率主要由输入波导宽度和输出波导宽度的比值决定。该比值越大，透射光所占比值越高，透射率越大，反射率越小。在集成光学芯片上，输入波导宽度和输出波导宽度一般是固定的，在这种情况下，可以通过改变第一反射镜和第二反射镜的反射角度实现不同的透射率和反射率。当两个角度为45°时，该结构具有最低的损耗，减少该角度，透射率增加，反射率减小，但同时损耗会增加。第二种实施方式是：所述输入波导和部分透射式角反射镜组输入端口通过一个扩束器连接，所述输出波导和部分透射式角反射镜组输出端口通过一个能量耦合器相连。扩束器和能量耦合器均通过渐变式锥形波导结构实现。所述扩束器输入端口宽度与输入波导宽度相同，输出端口与部分透射式角反射镜输入端口宽度相同。所述能量耦合器输入端口与部分透射式角反射镜输出端口宽度相同，输出端口与输出波导宽度相同。从输入波导进入的入射光经扩束器后，其模场大小逐渐增加。扩束后的入射光进入部分透射式角反射镜组后，其边缘部分将依次经过两个反射镜反射回扩束器，并逐渐耦合回输入波导，其中心部分将进入能量耦合器并逐渐耦合进入输出波导。该实施方式中透射率和反射率主要由部分透射式角反射镜组左右两端宽度比决定，因此，对于任意宽度的输入波导和输出波导，均可以通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于部分透射式角反射镜组的片上集成部分反射器，其特征在于：包括一条输入波导(101)、一条输出波导(102)以及连接在输入波导(101)和输出波导(102)之间的一个部分透射式角反射镜组(2)，部分透射式角反射镜组(2)由第一反射镜(201)、中心透射区域(203)和第二反射镜(202)依次排列组成，第一反射镜(201)和第二反射镜(202)的反射面朝向输入波导(101)。
【技术特征摘要】
1.一种基于部分透射式角反射镜组的片上集成部分反射器，其特征在于：包括一条输入波导(101)、一条输出波导(102)以及连接在输入波导(101)和输出波导(102)之间的一个部分透射式角反射镜组(2)，部分透射式角反射镜组(2)由第一反射镜(201)、中心透射区域(203)和第二反射镜(202)依次排列组成，第一反射镜(201)和第二反射镜(202)的反射面朝向输入波导(101)。2.根据权利要求1所述的一种基于部分透射式角反射镜组的片上集成部分反射器，其特征在于：所述部分透射式角反射镜组(2)输入端与输入波导(101)相连，输出端与输出波导(102)相连，输入波导(101)宽度大于输出波导(102)宽度；所述的输入波导(101)宽度和输出波导(102)宽度的宽度比根据所述片上集成部分反射器所需的透射率和反射率取值；在宽度比固定时，第一反射镜(201)和第二反射镜(202)的反射角α根据所述片上集成部分反射器所需的透射率和反射率取值。3.根据权利要求1所述的一种基于部分透射式角反射镜组的片上集成部分反射器，其特征在于：所述部分透射式角反射镜组(2)输入端经通过扩束器(3)与输入波导(101)连接，部分透射式角反射镜组(2)输出端经能量耦合器(4)与输出波导(102)连接，输入波导(101)和输出波导(102)取任意宽度。4.根据权利要求3所述的一种基于部分透射式角反射镜组的片上集成部分反射器，其特征在于：所述能量耦合器(4)采用锥形波导，能实现透射光在中心透射区域(203)和输出波导(102)之间的耦合。5.根据权利要求3所述的一种基于部分透射...
【专利技术属性】
技术研发人员：何建军，郭嘉，高宇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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