一种基于亚波长光栅的定向耦合器制造技术

本文公开了一种基于亚波长光栅的定向耦合器，包括：第一波导(101)和具有亚波长光栅SWG结构的第二波导(102)；所述第一波导(101)用于将从所述第一波导(101)的第一端口入射的不满足两波导之间耦合条件的波长信号从所述第一波导(101)的第二端口直通输出；所述第二波导(102)用于将从所述第一波导(101)的第一端口入射的满足两波导之间耦合条件的特定波长信号反向耦合至所述第二波导(102)的下载端口并输出。本文的技术方案能够降低波分复用系统中波长信道间的串扰，提高数据传输容量。

A directional coupler based on sub wavelength gratings

A directional coupler based on sub-wavelength grating is disclosed in this paper, which includes a first waveguide (101) and a second waveguide (102) with a sub-wavelength grating SWG structure. The first waveguide (101) is used to incident a wavelength signal from the first port of the first waveguide (101) that does not satisfy the coupling condition between the two waveguides from the first waveguide (101). The second port of (101) is directly output; the second waveguide (102) is used to reverse couple a specific wavelength signal incident from the first port of the first waveguide (101) satisfying the coupling condition between the two waveguides to the download port of the second waveguide (102) and output. The technical scheme in this paper can reduce the crosstalk between wavelength channels in WDM system and improve the data transmission capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于亚波长光栅的定向耦合器
本专利技术涉及光纤通信
，尤其涉及的是一种基于亚波长光栅的定向耦合器。
技术介绍
随着光通信技术的不断发展，数据容量不断提升，在有限的带宽中尽可能提升容量就成为了粗波分复用技术(CoarseWavelengthDivisionMultiplexing，CWDM)中最紧迫的需求，波分复用光网络通过在多个波长信道上同时传输数据提高网络容量。在波分复用光网络中为了实现对信道的选择和噪声的抑制，需要设计对多波长光信号进行滤波的光器件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于亚波长光栅的定向耦合器，能够降低波分复用系统中波长信道间的串扰，提高数据传输容量。本专利技术实施例提供一种基于亚波长光栅的定向耦合器，包括：第一波导(101)和具有亚波长光栅SWG结构的第二波导(102)；所述第一波导(101)用于将从所述第一波导(101)的第一端口入射的不满足两波导之间耦合条件的波长信号从所述第一波导(101)的第二端口直通输出；所述第二波导(102)用于将从所述第一波导(101)的第一端口入射的满足两波导之间耦合条件的特定波长信号反向耦合至所述第二波导(102)的下载端口并输出。可选地，所述第一波导和第二波导之间的间距满足高斯函数：其中，G(n)是第一波导和第二波导之间的间距；n为自然数，代表亚波长光栅的周期序号；Gmin为间距最小值；R为常数；N为亚波长光栅的周期序号的最大值；a为亚波长光栅切趾系数。与现有技术相比，本专利技术提供的一种基于亚波长光栅的定向耦合器，两波导之间的间距满足高斯函数分布，由于采用了切趾技术，使得滤波谱形、边带抑制以及器件尺寸方面取得了进步，达到了较高的信道隔离度，降低了波分复用系统中波长信道间的串扰，提高了数据传输容量。附图说明图1为本专利技术实施例1中基于亚波长光栅的定向耦合器的结构示意图；图2(a)为本专利技术示例1中基于亚波长光栅的定向耦合器的的结构示意图；图2(b)为本专利技术示例1中基于亚波长光栅的定向耦合器的下载端口传输谱示意图；图3(a)为本专利技术示例2中基于亚波长光栅的定向耦合器的直波导和SWG波导的俯视图；图3(b)为本专利技术示例2中亚波长光栅的示意图；图3(c)为本专利技术示例2中一段放大后的亚波长光栅的示意图；图4(a)为本专利技术示例3中基于切趾亚波长光栅的定向耦合器的结构示意图(立体示意图)；图4(b)为本专利技术示例3中基于切趾亚波长光栅的定向耦合器的结构示意图(剖面图)；图5-1为本专利技术示例3中仿真基于切趾亚波长光栅的定向耦合器的下载端口传输谱示意图一；图5-2为本专利技术示例3中仿真基于切趾亚波长光栅的定向耦合器的下载端口传输谱示意图二；图5-3为本专利技术示例3中实际测试基于切趾亚波长光栅的定向耦合器的下载端口传输谱示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。实施例1如图1所示，本专利技术实施例提供了一种基于亚波长光栅的定向耦合器，包括：第一波导(101)和具有亚波长光栅SWG结构的第二波导(102)；所述第一波导(101)用于将从所述第一波导(101)的第一端口入射的不满足两波导之间耦合条件的波长信号从所述第一波导(101)的第二端口直通输出；所述第二波导(102)用于将从所述第一波导(101)的第一端口入射的满足两波导之间耦合条件的特定波长信号反向耦合至所述第二波导(102)的下载端口并输出；所述基于亚波长光栅的定向耦合器还可以包括下述特点：在一种实施方式中，所述第一波导(101)和第二波导(102)平行放置，间距满足高斯函数分布，中心间距最窄处设为Gmin；在一种实施方式中，所述第一波导和第二波导之间的间距满足高斯函数：其中，G(n)是第一波导和第二波导之间的间距；n为自然数，代表亚波长光栅的周期序号，也即代表亚波长光栅第n个周期，1≤n≤N；Gmin为间距最小值，也即两波导中心点之间的距离；R为常数；N为亚波长光栅的周期序号的最大值；a为亚波长光栅切趾系数；在一种实施方式中，Gmin的取值范围是：100nm≤Gmin≤300nm；N的取值范围是：300≤N≤500；其中，Gmin较小可以满足较强的耦合要求，但考虑到加工精度的限制，一般设置在100nm至300nm之间；亚波长光栅的周期小于亚波长光栅波导所传输光的波长，这样非连续的亚波长光栅结构就可等效于材料折射率较低的直波导。N一般选在300至500之间；a为亚波长光栅切趾系数，a的值决定了SWG波导的弯曲形态，a可以设置为整数；其中，第一波导的宽度可以设置为500nm；在一种实施方式中，所述第一波导是硅基纳米线直波导；在一种实施方式中，所述第二波导(102)还用于将从所述第二波导(102)的上载端口入射的满足两波导之间耦合条件的特定波长信号反向耦合至所述第一波导(101)的第二端口并输出。在一种实施方式中，所述定向耦合器集成在硅基平台上；其中，所述硅基平台可以是绝缘体上的硅(SilicononInsulator，SOI)。硅基光子器件具有尺寸小，成本低，且能够与互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)工艺相兼容等优点，是集成光路的理想选择。下面通过一些示例来说明基于亚波长光栅的硅基定向耦合器。示例1本示例提供一种基于亚波长光栅的硅基定向耦合器。如图2(a)所示，借助一根具有亚波长光栅(SubwavelengthGrating，SWG)结构的SWG波导和一根能够直通光信号的直波导可以构造定向耦合器。其中，亚波长光栅是指光栅周期远小于入射光波长的光栅，亚波长光栅具有特殊的衍射特性。当一段连续光谱从所述直波导的入射端口输入后，满足相位匹配条件的特定波长被耦合至SWG波导并从下载端口输出，其他波长信号由于不满足耦合条件而由直波导的直通端口直通输出。其中，直波导是硅基纳米线波导，直波导的两端分别是入射端口和直通端口。SWG波导的两端分别是下载端口和上载端口，其中，下载端口是将特定波长下载至该端口输出，上载端口是将指定波长的光从SWG波导反向耦合至直波导，然后从直波导的入射端口输出。如图2(b)所示，在SWG波导的下载端口测试输出光信号得到传输谱1，该传输谱具有低插入损耗，窄带宽的优点，但是，该传输谱仍然存在较强的边带，强边带会给CWDM系统的复用和解复用带来较大的串扰，从而影响系统的性能。示例2本示例说明基于亚波长光栅的定向耦合器制作在硅基上的工艺。本示例的定向耦合器集成在绝缘衬底上的硅(SOI)平台上。首先通过电子束曝光(elec-tron-beamlithography，EBL)对光刻胶进行曝光，之后通过感应耦合等离子体(InductiveCoupledPlasma，ICP)将光刻胶图案刻蚀在顶层硅上，最终沉积一层1μm厚的二氧化硅沉积层。硅基定向耦合器的扫描电子显微镜照片(ScanningElectronMicroscope，SEM)如图3所示，其中包含了部分结构的放大图。示例3本示例提供一种采用切趾技术的基于亚波长光栅的硅基定向耦合器。光栅切趾技术，是采用特定的函数对光栅的折射率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于亚波长光栅的定向耦合器，包括：第一波导(101)和具有亚波长光栅SWG结构的第二波导(102)；所述第一波导(101)用于将从所述第一波导(101)的第一端口入射的不满足两波导之间耦合条件的波长信号从所述第一波导(101)的第二端口直通输出；所述第二波导(102)用于将从所述第一波导(101)的第一端口入射的满足两波导之间耦合条件的特定波长信号反向耦合至所述第二波导(102)的下载端口并输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于亚波长光栅的定向耦合器，包括：第一波导(101)和具有亚波长光栅SWG结构的第二波导(102)；所述第一波导(101)用于将从所述第一波导(101)的第一端口入射的不满足两波导之间耦合条件的波长信号从所述第一波导(101)的第二端口直通输出；所述第二波导(102)用于将从所述第一波导(101)的第一端口入射的满足两波导之间耦合条件的特定波长信号反向耦合至所述第二波导(102)的下载端口并输出。2.如权利要求1所述的基于亚波长光栅的定向耦合器，其特征在于：所述第一波导和第二波导之间的间距满足高斯函数：其中，G(n)是第一波导和第二波导之间的间距；n...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈百林，张永，何宇，
申请(专利权)人：中兴光电子技术有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32