一种兼容波分复用的可重构光模式转换器制造技术

本发明专利技术提供了一种兼容波分复用的可重构光模式转换器，包括相连接的多环级联件和模式转换器；多环级联件由一根直波导、一个无源微环和n‑1个可调微环谐振器构成，其中n为大于等于2的正整数。该光模式转换器将多环级联应用于模式转换器中，通过改变各个可调谐微环谐振器的谐振状态，使得有源微环中的光被等分为x份，并通过谐振的微环谐振器下载到相应的波导中，通过模式转换器可以实现基模同时向任意多种高阶模式的转换，即同时产生多个模式，从而解决光通信系统中需要的激光器数目过多的问题。本发明专利技术具有良好的可扩展性，能与波分复用相结合，从而提高光通信系统的灵活性。

A reconfigurable optical mode converter compatible with WDM

【技术实现步骤摘要】
一种兼容波分复用的可重构光模式转换器
本专利技术属于光模式复用
，涉及一种兼容波分复用的可重构光模式转换器。
技术介绍
随着大数据时代的到来，人们对信息的处理速度和处理容量的要求有了进一步地提高。研究人员通过将光的先进的复用技术应用于高速的光通信系统中，使得光网络的信息传输能力得到了提高。目前应用最为成熟的复用技术是波分复用，而随着数据通信容量的增大，波分技术所需要的激光源数量将会成比例地增多，这使得光通信系统的成本也大幅度升高。为此，研究人员在光的传输中引入了光的模式复用技术。光的模式是光的波长、偏振外的一种维度，不同光的模式在波导或光纤中传播时相互独立。因此，可以将传输信号搭载在同一波长的不同模式上，利用模式的正交性进行数据传输，并在接收端通过模式解复用器，将不同的光模式解复用到不同的端口中。这样就可以通过光的模式复用技术用一种波长的不同模式代替所需的更多的波长，从而大大降低片上激光源的数目，同时提高了光通信系统中的信息处理能力。目前的光模式转换器、模式复用器一般是将一种模式转换为另一种特定的模式，在2014年，L.W.Luo等人在著名期刊NatureCommunications上发表了文章“WDM-compatiblemode-divisionmultiplexingonasiliconchip”（NatureCommunications,Vol.5,pp.3069）。首次提出了基于微环的模式复用器，自此关于模式的研究受到了越来越多研究人员的关注。2019年，X.Han等人在期刊JournalofLightwaveTechnology上发表了科技论文“ReconfigurableOn-ChipModeExchangeforMode-DivisionMultiplexingOpticalNetworks”（JournalofLightwaveTechnology,Vol.37,Issue3,pp.1008-1013）基于微环模式转换器提出了一种基模和高阶模式之间的模式选择交换器。而这些器件无法实现一种模式同时向多种模式的转换，即无法同时产生多种模式。对于波分复用技术来说，可以将不同的波长同时输入到同一根波导或光纤中。而上述器件无法实现同时产生多种模式，无法对所需的模式进行并行处理，大大降低了光通信系统的处理信息的能力，无法满足日益庞大的光通信系统的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种兼容波分复用的可重构光模式转换器，实现基模同时向任意多种高阶模进行模式转换，利用模分复用减少光通信系统中的激光源数目，从而降低光通信系统的功耗。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种兼容波分复用的可重构光模式转换器，包括相连接的多环级联件和模式转换器；多环级联件由一根直波导、一个无源微环和n个可调微环谐振器构成。本专利技术光模式转换器是在现有技术中模式转换原理的基础上，将级联微环应用于模式转换器中，该光模式转换器中的无源微环R1与微环R2、微环R3、微环R4等级联，通过调节微环R2、微环R3、微环R4等有源微环的有效折射率，从而改变R2、R3、R4等有源微环的谐振状态，实现基模同时向任意多种高阶模式的转换。该光模式转换器可以很好的与成熟的CMOS工艺技术相结合，且该器件具有良好的可拓展性，可以与波分复用技术相结合，提高光网络的灵活性，在日益灵活的光通信系统中发挥重要作用。附图说明图1是本专利技术光模式转换器的示意图。图2是本专利技术光模式转换器一种实施例中多环级联的示意图。图3是本专利技术光模式转换器一种实施例中模式转换结构的示意图。图4是本专利技术光模式转换器中基模转换为任意一种高阶模式的输出光谱图。图5是本专利技术光模式转换器中基模转换为任意两种高阶模式的输出光谱图。图6是本专利技术光模式转换器中基模转换为任意三种高阶模式的输出光谱图。图7是硅基热光调制的微环谐振器或直波导的横截面结构示意图。图8是硅基电光调制的微环谐振器或直波导的横截面结构示意图。图9是以硅基热光调制为例，微环谐振器的波谱响应图。图中：1.多环级联件，2.模式转换器，2-1.第一直波导，2-2.第一弯波导，2-3.第二直波导，2-4.第二弯波导，2-5.第三弯波导，2-6.第三直波导，2-7.第四弯波导，2-8.第五弯波导，2-9.第四直波导，2-10.第六弯波导，2-11.第七弯波导，2-12.第五直波导，2-13.第八弯波导，2-14.第六直波导，2-15.第七直波导，2-16.第八直波导；1-1.第九直波导，1-2.第十直波导，1-3.第九弯波导，1-4.第十一直波导，1-5.第十弯波导，1-6.第十二直波导，1-7.第十一弯波导，1-8.第十三直波导，1-9.第十四直波导，1-10.第十二弯波导，1-11.第十五直波导，1-12.第十六直波导，1-13.第十三弯波导，1-14.第十七直波导，1-15.第十八直波导。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。如图1所示，本专利技术可重构光模式转换器，包括相连接的多环级联件1和模式转换器2；多环级联件1由一根直波导、一个无源微环和n个可调微环谐振器构成。本专利技术可重构光模式转换器中的模式转换器2，包括依次设置的多根模式转换器用直波导，相邻模式转换器用直波导通过绝热锥相连，该多根模式转换器用直波导的宽度依次递减；一根模式转换器用直波导与一个弯结构波导耦合，该弯结构波导由一根弯结构波导用直波导和两根弯结构波导用弯波导组成，两根弯结构波导用弯波导通过该弯结构波导用直波导相连，弯结构波导用直波导与耦合的模式转换器用直波导平行设置；同一个弯结构波导中朝向模式转换器用直波导中宽度最小直波导的弯结构波导用弯波导的另一端均与多环级联件1相连。所有弯结构波导中弯结构波导用直波导和弯结构波导用弯波导的宽度均相同。图2是本专利技术可重构光模式转换器一种实施例中的模式转换器2，包括依次设置的第一直波导2-1、第八直波导2-16、第七直波导2-15和第六直波导2-14，第一直波导2-1通过第一个绝热锥与第八直波导2-16相连，第八直波导2-16通过第二个绝热锥与第七直波导2-15相连，第七直波导2-15通过第三个绝热锥与第六直波导2-14相连；第一直波导2-1的宽度小于第八直波导2-16的宽度，第八直波导2-16的宽度小于第七直波导2-15的宽度，第七直波导2-15的宽度小于第六直波导2-14的宽度；图2所示的模式转换器2还包括第二直波导2-3、第三直波导2-6、第四直波导2-9和第五直波导2-12，第二直波导2-3与第一直波导2-1平行且耦合，第三直波导2-6与第八直波导2-16平行且耦合，第四直波导2-9与第七直波导2-15平行且耦合，第五直波导2-12与第六直波导2-14平行且耦合；第二直波导2-3的两端分别连接有第一弯波导2-2和第二弯波导2-4，第三直波导2-6的两端分别连接有第三弯波导2-5和第四弯波导2-7，第四直波导2-9的两端分别连接有第五弯波导2-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼容波分复用的可重构光模式转换器，其特征在于，包括相连接的多环级联件（1）和模式转换器（2）；多环级联件（1）由一根直波导、一个无源微环和n个可调微环谐振器构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种兼容波分复用的可重构光模式转换器，其特征在于，包括相连接的多环级联件（1）和模式转换器（2）；多环级联件（1）由一根直波导、一个无源微环和n个可调微环谐振器构成。


2.根据权利要求1所述的兼容波分复用的可重构光模式转换器，其特征在于，所述的模式转换器（2）包括依次设置的多根模式转换器用直波导，相邻模式转换器用直波导通过绝热锥相连，该多根模式转换器用直波导的宽度依次递减；一根模式转换器用直波导与一个弯结构波导耦合，该弯结构波导由一根弯结构波导用直波导和两根弯结构波导用弯波导组成，两根弯结构波导用弯波导通过该弯结构波导用直波导相连，弯结构波导用直波导与耦合的模式转换器用直波导平行设置；同一个弯结构波导中朝向模式转换器用直波导中宽度最小直波导的弯结构波导用弯波导的另一端均与多环级联件（1）相连；所有弯结构波导中弯结构波导用直波导和弯结构波导用弯波导的宽度均相同。


3.根据权利要求2所述的兼容波分复用的可重构光模...

【专利技术属性】
技术研发人员：田永辉，蒋永恒，肖恢芙，陈文平，韩旭，赵婷，廖苗苗，周旭东，王红侠，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62