基于定向耦合的等离子体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定向耦合的等离子体模式转换及复用器，涉及光通信的集成光学领域。该等离子体模式转换及复用器包括聚合物波导层，所述聚合物波导层包括第一定向耦合波导和第二定向耦合波导，宽度均保持不变；第一定向耦合波导与第二定向耦合波导平行且保持一定间距，共同形成定向耦合区，该定向耦合区将第一定向耦合波导中的基模转换成高阶模并耦合进第二定向耦合波导，第二定向耦合波导中的基模保持不变，最终基模和高阶模共同存在于第二定向耦合波导中。本发明专利技术能实现等离子集体模式的转换及复用，结构简单，对制作工艺的精度要求较低，损耗较小。

Plasma mode conversion and multiplexer based on directional coupling

【技术实现步骤摘要】
基于定向耦合的等离子体模式转换及复用器
本专利技术涉及光通信的集成光学领域，具体是涉及一种基于定向耦合的等离子体模式转换及复用器。
技术介绍
空分复用已经被证明是提高光纤通信系统或片上光互连的容量的有效方法。具体而言，基于模分复用的空分复用可以为光纤传输和片上网络提供新的自由度，这在数据中心互连中非常需要用于容量增强。模分复用可用于提高互连的吞吐量，同时减少所需激光源的数量。集成光学是未来光通信系统的主流技术。基于表面等离子体激元的、在金属和介质界面上传播的等离子体激元器件显示出在深亚波长范围内引导和操纵光的巨大潜力，由于电子技术和光子技术的双重优势，人们在发展基于等离子体激元的波导结构方面付出了巨大的努力，报道了许多具有特殊优点的不同波导结构，例如沟道等离子体激元波导、金属绝缘体金属波导、楔形等离子体激元波导、混合等离子体激元波导和介质加载的等离子体波导。在目前提出的等离子体波导结构中，介质加载的等离子体波导器件由于与绝缘体上的硅平台等不同电介质的兼容性以及在传输损耗和模式限制之间提供了良好的折衷，在实际的光子集成系统条件下进行了研究。加强等离子体电子学作为未来芯片级光子集成有希望的候选者的前景。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的基于锥形耦合器的等离子体模式转换及复用器结构复杂，对制作工艺的精度要求较高，损耗较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供一种基于定向耦合的等离子体模式转换及复用器，能够实现等离子集体模式的转换及复用，结构简单，对制作工艺的精度要求较低，损耗较小。第一方面，提供一种基于定向耦合的等离子体模式转换及复用器，包括聚合物波导层，所述聚合物波导层包括第一定向耦合波导和第二定向耦合波导，宽度均保持不变；第一定向耦合波导与第二定向耦合波导平行且保持一定间距，共同形成定向耦合区，该定向耦合区将第一定向耦合波导中的基模转换成高阶模并耦合进第二定向耦合波导，第二定向耦合波导中的基模保持不变，最终基模和高阶模共同存在于第二定向耦合波导中。根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述间距为0.01～0.05μm。根据第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述定向耦合区的长度为4～10μm。根据第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第一定向耦合波导的宽度为300～900nm。根据第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第二定向耦合波导的宽度为1000～1500nm。根据第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述聚合物波导层还包括第一输入耦合器、第一输入波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导和第一输出波导，第一输入耦合器、第一输入波导、第一弯曲波导、第一定向耦合波导、第二弯曲波导和第一输出波导顺次相连，且第一输入波导、第一弯曲波导、第一定向耦合波导、第二弯曲波导和第一输出波导的宽度均相同。根据第一方面，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述聚合物波导层还包括第二输入耦合器和第二输出波导，第二输入耦合器、第二定向耦合波导、第二输出波导顺次相连，且第二定向耦合波导的宽度与第二输出波导的宽度相同。根据第一方面，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述等离子体模式转换及复用器还包括薄金层和二氧化硅基底，聚合物波导层沉积在薄金层上，薄金层沉积在二氧化硅基底上。根据第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述聚合物波导层的厚度为350～700nm，折射率为1.2～2。根据第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述薄金层的厚度为50～200nm。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：(1)本专利技术提供的基于定向耦合的等离子体模式转换及复用器，能够实现等离子集体模式的转换及复用，结构简单，对制作工艺的精度要求较低，损耗较小。(2)本专利技术具有尺寸小和高带宽的优点，制造成本较低，而且与硅基平台兼容，可与其他硅基集成器件一体集成，适于推广。附图说明图1为本专利技术实施例中基于定向耦合的等离子体模式转换及复用器的剖面图；图2为本专利技术实施例中聚合物波导层的结构示意图；图3为本专利技术实施例中定向耦合区的示意图；图4中(a)为第一定向耦合波导中的TM0模式转换到TM1模式的仿真图；图4中(b)为第二定向耦合波导中保持TM0模式的仿真图；图5为本专利技术实施例中基于定向耦合的等离子体模式转换及复用器在1300～1700nm工作波长内的转换效率的示意图。图6为现有的等离子体模式转换及复用器在1300～1700nm工作波长内的转换效率的示意图。附图标记：1-聚合物波导层；2-薄金层；3-二氧化硅基底；101-第一输入耦合器；102-第一输入波导；103-第一弯曲波导；104-第一定向耦合波导；105-第二弯曲波导；106-第一输出波导；107-第二输入耦合器；108-第二定向耦合波导；109-第二输出波导。具体实施方式现在将详细参照本专利技术的具体实施例，在附图中例示了本专利技术的例子。尽管将结合具体实施例描述本专利技术，但将理解，不是想要将本专利技术限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本专利技术的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本专利技术的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本专利技术的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。参见图1所示，本专利技术实施例提供一种基于定向耦合的等离子体模式转换及复用器，包括聚合物波导层1、薄金层2和二氧化硅基底3，聚合物波导层1沉积在薄金层2上，薄金层2沉积在二氧化硅基底3上。其中，聚合物波导层1的厚度为350～700nm，折射率为1.2～2；薄金层2的厚度为50～200nm；二氧化硅基底3的厚度为50～200nm，折射率为1.4～2.0。作为优选的实施方式，参见图2所示，聚合物波导层1包括：顺次相连的第一输入耦合器101、第一输入波导102、第一弯曲波导103、第一定向耦合波导104、第二弯曲波导105和第一输出端106，且第一输入波导102、第一弯曲波导103、第一定向耦合波导104、第二弯曲波导105和第一输出端106的宽度均相同，优选为300nm～900nm；以及顺次相连的第二输入耦合器107、第二定向耦合波导108和第二输出波导109，且第二定向耦合波导108的宽度与第二输出波导109的宽度相同，优选为1000～1500nm。作为优选的实施方式，聚合物波导层1中各器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于定向耦合的等离子体模式转换及复用器，包括聚合物波导层(1)，其特征在于：所述聚合物波导层(1)包括第一定向耦合波导(104)和第二定向耦合波导(108)，宽度均保持不变；第一定向耦合波导(104)与第二定向耦合波导(108)平行且保持一定间距，共同形成定向耦合区，该定向耦合区将第一定向耦合波导(104)中的基模转换成高阶模并耦合进第二定向耦合波导(108)，第二定向耦合波导(108)中的基模保持不变，最终基模和高阶模共同存在于第二定向耦合波导(108)中。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于定向耦合的等离子体模式转换及复用器，包括聚合物波导层(1)，其特征在于：所述聚合物波导层(1)包括第一定向耦合波导(104)和第二定向耦合波导(108)，宽度均保持不变；第一定向耦合波导(104)与第二定向耦合波导(108)平行且保持一定间距，共同形成定向耦合区，该定向耦合区将第一定向耦合波导(104)中的基模转换成高阶模并耦合进第二定向耦合波导(108)，第二定向耦合波导(108)中的基模保持不变，最终基模和高阶模共同存在于第二定向耦合波导(108)中。


2.如权利要求1所述的等离子体模式转换及复用器，其特征在于：所述间距为0.01～0.05μm。


3.如权利要求1所述的等离子体模式转换及复用器，其特征在于：所述定向耦合区的长度为4～10μm。


4.如权利要求1所述的等离子体模式转换及复用器，其特征在于：所述第一定向耦合波导(104)的宽度为300～900nm。


5.如权利要求1所述的等离子体模式转换及复用器，其特征在于：所述第二定向耦合波导(108)的宽度为1000～1500nm。


6.如权利要求1所述的等离子体模式转换及复用器，其特征在于：所述聚合物波导层(1)还包括第一输入耦合器(101)、第一输入波导(102)、第一弯曲波导(103...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱英，陶金，刘子晨，尤全，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