基于等离子体结构的模式转换及复用器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于等离子体结构的模式转换及复用器，涉及光通信的集成光学领域，包括：二氧化硅基底。金属层，其沉积在二氧化硅基底上。聚合物波导层，其沉积在金属层上，包括，第一耦合波导，其包括第一输入端和第一输出端。第一输入波导，其与第一输入端相连。第一输入耦合器，其设置在第一输入波导上。第二耦合波导，其与第一耦合波导间隔设置，包括第二输入端和第二输出端。第二输入波导，其与第二输入端相连。第二输入耦合器，其设置在第二输入波导上。宽波导，其与第二输出端相连，用于传输从第一耦合波导中转换成模式为高阶模的光和第二耦合波导内模式为基模的光。本发明专利技术中的基于等离子体结构的模式转换及复用器尺寸小，工作范围宽。

Mode Conversion and Multiplexer Based on Plasma Structure

The invention discloses a mode conversion and multiplexer based on a plasma structure, which relates to the integrated optical field of optical communication, including a silicon dioxide substrate. A metal layer deposited on a silica substrate. A polymer waveguide layer deposited on a metal layer includes a first coupled waveguide comprising a first input end and a first output end. The first input waveguide is connected with the first input terminal. The first input coupler is arranged on the first input waveguide. The second coupling waveguide is spaced with the first coupling waveguide, including the second input terminal and the second output terminal. The second input waveguide is connected with the second input terminal. The second input coupler is arranged on the second input waveguide. Wide waveguide, which is connected with the second output terminal, is used to transmit light converted from the first coupled waveguide to a higher-order mode and light with a fundamental mode in the second coupled waveguide. The mode conversion and multiplexer based on plasma structure in the invention has small size and wide working range.

【技术实现步骤摘要】
基于等离子体结构的模式转换及复用器
本专利技术涉及光通信的集成光学领域，具体涉及一种基于等离子体结构的模式转换及复用器。
技术介绍
近年来，多级调制格式、相干载波复用如正交频分复用、模式复用已经是光通信系统和片上光互连中提高容量的有效方法，尤其是模分复用能给光纤和片上光网络提供新的自由度，因此模分复用在光源数量有限的情况下能用来增加互连通道。自由空间光型的模分复用、熔融光纤型的模分复用、和基于硅基的模分复用器在光通信上都有一些研究，自由空间光型的模分复用器由于尺寸大、结构复杂、难调节，因此不太适合于高阶模式的复用，因为模式越高结构越复杂。熔融型光纤基于等离子体结构的模式转换及复用器适合于光纤通信系统，但难以在集成光电子上适用。然而，集成光电子是未来光通信系统的趋势。但是现有的硅基模分复用器存在尺寸较大，耦合区长度较长，且工作范围也较窄的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于等离子体结构的模式转换及复用器，其尺寸小，且工作范围宽。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于等离子体结构的模式转换及复用器，包括：二氧化硅基底；金属层，其沉积在所述二氧化硅基底上；以及聚合物波导层，其沉积在所述金属层上，所述聚合物波导层包括，-第一耦合波导，其包括第一输入端和第一输出端，所述第一耦合波导的宽度沿着所述第一输入端到第一输出端的方向逐渐减小；-第一输入波导，其与所述第一输入端相连；-第一输入耦合器，其设置在所述第一输入波导上，所述第一输入耦合器用于将片外的激光耦合成模式为基模的光，再由所述第一输入波导传输至所述第一耦合波导；-第二耦合波导，其与所述第一耦合波导间隔设置，所述第二耦合波导包括第二输入端和第二输出端，所述第二耦合波导的宽度沿着所述第二输入端到第二输出端的方向逐渐变大；且所述第二耦合波导与所述第一耦合波导形成的耦合区用于将所述第一耦合波导内模式为基模的光转换成模式为高阶模的光；-第二输入波导，其与所述第二输入端相连；-第二输入耦合器，其设置在所述第二输入波导上，所述第二输入耦合器用于将片外的激光耦合成模式为基模的光，再由所述第二输入波导传输至所述第二耦合波导；-宽波导，其与所述第二输出端相连，所述宽波导用于传输从所述第一耦合波导中转换成模式为高阶模的光以及所述第二耦合波导内模式为基模的光。在上述技术方案的基础上，所述第一耦合波导为锥形波导，所述第一耦合波导的宽度从W4逐渐减小至W3，所述W4的范围为300nm～900nm，所述W3的范围为100nm～600nm。在上述技术方案的基础上，所述第二耦合波导为锥形波导，所述第二耦合波导的宽度从W2逐渐增加至W1，所述W2的范围为300nm～900nm，所述W1的范围为1000nm～1500nm。在上述技术方案的基础上，其特征在于：所述宽波导的宽度范围为1000nm～1500nm。在上述技术方案的基础上，所述第二耦合波导与所述第一耦合波导之间的间隔为0.05～0.5μm。在上述技术方案的基础上，所述第二耦合波导与所述第一耦合波导形成的耦合区的长度为5～12μm。在上述技术方案的基础上，所述第一输入耦合器用于将片外的激光耦合成模式为基模TM0的光；所述第二耦合波导与所述第一耦合波导形成的耦合区用于将所述第一耦合波导内模式为基模TM0的光转换成模式为高阶模TM1的光；所述第二输入耦合器用于将片外的激光耦合成模式为基模TM0的光。在上述技术方案的基础上，所述模式转换及复用器还包括第一弯曲波导，所述第一输入波导通过所述第一弯曲波导与所述第一输入端相连。在上述技术方案的基础上，所述模式转换及复用器还包括第二弯曲波导和第一输出波导，所述第一输出波导通过所述第二弯曲波导与所述第一输出端相连。在上述技术方案的基础上，所述第一输出波导的尾端设有斜面。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的基于等离子体结构的模式转换及复用器实现了通信波长下的等离子体结构模式转换和耦合。由于结合了基于锥形定向耦合器的结构和等离子体结构，因此带宽很宽，通过合理设置各个参数，可达几百nm的波长范围。由于等离子体结构中金属层与聚合物波导层折射率差相对较大，因此本专利技术中的模式转换及复用器的尺寸可以设计到很小，仅仅几微米，比硅基同样功能的器件尺寸小2个量级。附图说明图1为本专利技术实施例中基于等离子体结构的模式转换及复用器正视图的示意图；图2为本专利技术实施例中聚合物波导层的俯视图；图3为本专利技术实施例中基于等离子体结构的模式转换及复用器的耦合区的示意图；图4为本专利技术实施例中从第一耦合波导中的TM0转换到第二耦合波导中的TM1仿真图；图5为本专利技术实施例中第二耦合波导中的TM0保持TM0模式的仿真图；图6为本专利技术实施例中的工作波长内的转换效率。图中：1-第一耦合波导，101-第一输入端，102-第一输出端，2-第一输入波导，3-第一输入耦合器，4-第二耦合波导，401-第二输入端，402-第二输出端，5-第二输入波导，6-第二输入耦合器，7-宽波导，8-第一弯曲波导，9-第二弯曲波导，10-第一输出波导，1001-聚合物波导层，1002-金属层，1003-二氧化硅基底。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本申请中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件；当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与其它部件直接连接而不具有居间部件、也可以不与其它部件直接连接而具有居间部件。参见图1所示，其为基于等离子体结构的模式转换及复用器的正视图，其包括聚合物波导层1001、金属层1002和二氧化硅基底1003。金属层1002沉积在二氧化硅基底1003上，聚合物波导层1001沉积在金属层1002上。其中，二氧化硅基底1003的厚度为50～200nm，折射率为1.4～2.0。金属层1002为金层，其厚度为50～200nm。聚合物波导层1001的厚度为350～700nm，折射率为1.2～2。由于等离子体结构中金属层1002与聚合物波导层1001折射率差相对较大，因此本实施例中的模式转换及复用器的尺寸可以设计到很小，仅仅几微米，比硅基同样功能的器件尺寸小2个量级。参见图2所示，图2为本专利技术中聚合物波导层1001的结构示意图。其包括：第一耦合波导1、第一输入波导2、第一输入耦合器3、第二耦合波导4、第二输入波导5、第二输入耦合器6和宽波导7。其中，第一耦合波导1包括第一输入端101和第一输出端102，第一耦合波导1的宽度沿着第一输入端101到第一输出端102的方向逐渐减小。优选的，第一耦合波导1为锥形波导，第一耦合波导1的宽度从W4逐渐减小至W3，其中W4的范围为300nm～900nm，W3的范围为100nm～600nm。第一输入波导2，其与第一输入端101相连。第一输入耦合器3，其设置在第一输入波导2上，第一输入耦合器3用于将片外的激光耦合成模式为基模的光进入第一输入波导2，再由第一输入波导2传输至第一耦合波导1。第一输入耦合器3可以是光栅耦合器，也可以是端面耦合器。作为一种可选的实施方式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于等离子体结构的模式转换及复用器，其特征在于，包括：二氧化硅基底；金属层，其沉积在所述二氧化硅基底上；以及聚合物波导层，其沉积在所述金属层上，所述聚合物波导层包括，‑第一耦合波导，其包括第一输入端和第一输出端，所述第一耦合波导的宽度沿着所述第一输入端到第一输出端的方向逐渐减小；‑第一输入波导，其与所述第一输入端相连；‑第一输入耦合器，其设置在所述第一输入波导上，所述第一输入耦合器用于将片外的激光耦合成模式为基模的光，再由所述第一输入波导传输至所述第一耦合波导；‑第二耦合波导，其与所述第一耦合波导间隔设置，所述第二耦合波导包括第二输入端和第二输出端，所述第二耦合波导的宽度沿着所述第二输入端到第二输出端的方向逐渐变大；且所述第二耦合波导与所述第一耦合波导形成的耦合区用于将所述第一耦合波导内模式为基模的光转换成模式为高阶模的光；‑第二输入波导，其与所述第二输入端相连；‑第二输入耦合器，其设置在所述第二输入波导上，所述第二输入耦合器用于将片外的激光耦合成模式为基模的光，再由所述第二输入波导传输至所述第二耦合波导；‑宽波导，其与所述第二输出端相连，所述宽波导用于传输从所述第一耦合波导中转换成模式为高阶模的光以及所述第二耦合波导内模式为基模的光。...

【技术特征摘要】
1.一种基于等离子体结构的模式转换及复用器，其特征在于，包括：二氧化硅基底；金属层，其沉积在所述二氧化硅基底上；以及聚合物波导层，其沉积在所述金属层上，所述聚合物波导层包括，-第一耦合波导，其包括第一输入端和第一输出端，所述第一耦合波导的宽度沿着所述第一输入端到第一输出端的方向逐渐减小；-第一输入波导，其与所述第一输入端相连；-第一输入耦合器，其设置在所述第一输入波导上，所述第一输入耦合器用于将片外的激光耦合成模式为基模的光，再由所述第一输入波导传输至所述第一耦合波导；-第二耦合波导，其与所述第一耦合波导间隔设置，所述第二耦合波导包括第二输入端和第二输出端，所述第二耦合波导的宽度沿着所述第二输入端到第二输出端的方向逐渐变大；且所述第二耦合波导与所述第一耦合波导形成的耦合区用于将所述第一耦合波导内模式为基模的光转换成模式为高阶模的光；-第二输入波导，其与所述第二输入端相连；-第二输入耦合器，其设置在所述第二输入波导上，所述第二输入耦合器用于将片外的激光耦合成模式为基模的光，再由所述第二输入波导传输至所述第二耦合波导；-宽波导，其与所述第二输出端相连，所述宽波导用于传输从所述第一耦合波导中转换成模式为高阶模的光以及所述第二耦合波导内模式为基模的光。2.如权利要求1所述的基于等离子体结构的模式转换及复用器，其特征在于：所述第一耦合波导为锥形波导，所述第一耦合波导的宽度从W4逐渐减小至W3，所述W4的范围为300nm～900nm，所述W3的范围为100nm～600nm。3.如权利要求1所述的基于等离子体结构的模式转换及复用...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱英，陶金，武霖，贺志学，李响，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42