本发明专利技术提供了一种用于特定硅光的分光器(100)。所述分光器(100)用于将多模光信号(102)在绝热条件下分成两个单模光信号(104)。所述分光器(100)包括锥形第一波导(101)，用于在其基部接收所述多模光信号(102)并传播所述多模光信号(102)。此外，所述分光器(100)包括并行设置在所述第一波导(101)的不同侧的两个锥形第二波导(103)。每个第二波导(103)的锥形与所述第一波导(101)的锥形相反，用于传播单模光信号(104)并在其基部输出所述单模光信号(104)。所述第一波导(101)和所述两个第二波导(103)构成三叉戟结构。通过所述三叉戟结构，所述分光器(100)用于将所述第一波导(101)中向其顶端传播的所述多模光信号(102)在绝热条件下分成所述第二波导(103)中向其基部传播的所述两个单模光信号(104)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有三叉戟结构的分光器
本专利技术涉及分光器、偏振分束旋转器(polarizationsplitterandrotator，PSR)以及合波器。PSR和合波器包括分光器，分光器具体包括三叉戟结构，三叉戟结构包括锥形第一波导和设置在所述第一波导旁边的两个相反锥形的第二波导。本专利技术特别适用于硅光领域。
技术介绍
硅光技术作为一种新兴技术，对于电信、数据通信、互连和传感等广泛应用的通用平台越来越重要。所述技术允许在高质量、低成本的硅基板上使用与互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS)兼容的晶圆级技术来实现光子功能。然而，纯无源硅波导器件在插入损耗、相位噪声(导致信道串扰)和温度依赖性方面的性能仍然有限。这是因为二氧化硅(SiO2)包层与硅(Si)芯之间折射率差较大，Si层厚度不均匀以及Si的热光效应较大。基于氮化硅(SiN)的无源器件性能良好。例如，对于具有640nm厚SiNx芯的波导，已证明传播损耗低于0.1dB/cm，对于具有50nm厚芯的波导，传播损耗甚至低于0.1dB/m。此外，SiNx(n＝2)和SiO2(n＝1.45)与Si(n＝3.5)和SiO2(n＝1.45)之间的折射率差略低，因此相位噪声较低，制造公差较大。这样能够制造高性能但仍然非常紧凑的光路，如阵列波导光栅(ArrayedWaveguideGrating，AWG)或环形谐振器。氮化硅波导既作为有源硅光芯片上的高性能无源波导层，又作为“独立”无源光芯片。在硅光收发器中，使用多种模式是有利的，因为可以独立地以不同模式编码信息。因此，所述收发器能够以光纤连接数相等的相对简单的架构传输更多的数据。通常研究的模式是横电(TE)和横磁(TM)偏振的基模(即TE0和TM0)，也是TE偏振的一阶模(即TE1)。因此，在这种多模收发器中，需要采取高效方法来转换和/或分离不同模式，以便可以独立地调制或恢复在每个模式下编码的信息。TE0-TE1合波器(分波器)通常通过将TE1模信号在绝热条件下转换为在独立波导中传播的TE0模来实现。由于这需要在两个不同的波导中传播的两种非常不同的模式耦合，因此产生通常体型较大的非常长组件。TE-TM转换和分波通常通过PSR组件实现。典型的PSR通过将TE0和TM0输入信号引导到不同的TE0输出信号中工作，如图6中的(a)所示。此版本的PSR通常先由TM0-TE1转换器，然后由TE1-TE0分波器的组合来实现。最近提出了另一种PSR，即45度PSR，体型小得多。在45度PSR中，输出信号是TM和TE输入信号的组合，如图6中的(b)所示。这种情况下，分波器被多模分光器代替，将TE0和TE1模的功率均分到输出支路。因此，需要研发一种高效的TE0-TE1分光器，以便高效地分离两种模式的功率，不仅在45度PSR中如此，在需要TE0和TE1模组合/分离的任何应用中也是如此。TE0模和TE1模均分到两个不同的波导中，要求初始波导能够容纳TE0模和TE1模，并在两个输出波导中均分TE0模和TE1模的功率。到目前为止，可以通过使用Y结或如图7所示的定向耦合器来实现这一目标。该Y结由一个分为两个分支的波导组成，将功率均匀地引导到两个输出波导中，如下图所示。
技术实现思路
由于上述方案涉及从单个波导到两个波导的突然转变，因此该结构需要优化布局以实现低损耗和期望的在两个分支之间的功率等分。因此，Y结很易受任何优化设计布局偏差和制造误差的影响，使它很难成为一种保证制造一致性的结构。任何优化设计偏差不仅会产生输出损耗，而且还会导致两个输出波导之间功率分布不均衡。这可能非常不利于最终设备的性能，因此应该找到一种解决方案作为此方法的替代方案。鉴于上述挑战和缺点，本专利技术旨在改进传统结构和应用。本专利技术的目的尤其在于提供一种将多模信号分成两个解耦的单模信号的高效、低损耗宽带方案。具体而言，本专利技术寻求一种将多模信号的基TE模(TE0)和一阶TE模(TE1)的多模信号分成在独立波导中传播的两个解耦和正交的TE0单模信号的方案。相应地，本专利技术的目的在于提供一种体积小(小型)、能够对多模信号进行在绝热条件下分光的分光器。这种情况应该是可能的，不需要使用对制造变化高度敏感的突然转变，如果结果不是预期的结果，那么很容易有损耗。本专利技术的目的还在于改进的PSR和合波器，特别是一种分波器。本专利技术的目的是通过所附独立权利要求中提供的方案实现的。从属权利要求中进一步定义了本专利技术的有利实现方式。具体而言，本专利技术提出具有三叉戟(波导)结构的分光器，所述分光器能够传播多模信号(如TE和TM偏振的零阶模和一阶模)，以便有效地将所述多模信号在绝热条件下转换为两个单模信号，特别是分别转换成两个输出波导的偶超模和奇超模。本专利技术的技术核心原理依赖于在输入端实现所述多模信号有效指数的绝热转换，以便在输出端匹配所述两个波导的偶数/奇数单模的有效指数。为了实现此目的，所述三叉戟结构的所述波导按尺寸裁剪和设计，允许输入截面适应所述基模和一阶模的多模信号，允许输出截面适应每个偶数模和奇数模的单模信号。此外，所述三叉戟结构的总长度也经过了裁剪，允许这些信号(模)之间的必要转换。本专利技术第一方面提供一种分光器，包括：锥形第一波导，用于在其基部接收多模光信号并传播所述多模光信号；两个锥形第二波导，并行设置在所述第一波导的不同侧，每个第二波导的锥形与所述第一波导的锥形相反，用于传播单模光信号并在其基部输出所述单模光信号，其中所述分光器用于将所述第一波导中向其顶端传播的所述多模光信号在绝热条件下分成所述第二波导中向其基部传播的所述两个单模光信号。所述第一方面的所述分光器提供了一种将多模信号分成两个(解耦的)单模信号的高效、低损耗宽带方案。具体而言，所述多模信号可以在绝热条件下分成单模信号。此外，所述分光器可以紧凑地构造，即体型非常小。与传统方案相比，所述分光器对制作变化不太敏感。在所述第一方面的实现方式中，所述第一波导和/或所述第二波导由SiN制成。第一方面的所述分光器在半导体材料系统中效果较好，即通常在硅光中，但同样可以在III-V半导体系统等其它材料系统中实现。在所述第一方面的另一实现方式中，所述第一波导和所述第二波导嵌入包层中，特别是SiO2包层。这样，所述分光器的性能提高了，尤其是由于波导和包层之间的低折射率对比度。在所述第一方面的另一实现方式中，在所述第二波导的所述顶端，所述第一波导和所述每个第二波导之间的间隙是所述第二波导的每个顶端的宽度的0.8至1.2倍。该间隙提高了光发送器的性能，特别是在硅光中实现的情况。在所述第一方面的另一实现方式中，在所述第一波导的所述顶端，所述第一波导和所述每个第二波导之间的间隙是所述第一波导的所述顶端的宽度的2至3倍。该间隙提高了光发送器的性能，特别是在硅光中实现的情况。在所述第一方面的另一实现方式中，所述第一波导的所述基部的宽度是所述第二波导的每个顶端的宽度的5至7倍。...
【技术保护点】
1.一种分光器(100)，其特征在于，包括：/n锥形第一波导(101)，用于在其基部接收多模光信号(102)并传播所述多模光信号(102)；/n两个锥形第二波导(103)，并行设置在所述第一波导(101)的不同侧，每个第二波导(103)的锥形与所述第一波导(101)的锥形相反，用于传播单模光信号(104)并在其基部输出所述单模光信号(104)，/n其中所述分光器(100)用于将所述第一波导(101)中向其顶端传播的所述多模光信号(102)在绝热条件下分成所述第二波导(103)中向其基部传播的所述两个单模光信号(104)。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180426 EP 18169554.51.一种分光器(100)，其特征在于，包括：
锥形第一波导(101)，用于在其基部接收多模光信号(102)并传播所述多模光信号(102)；
两个锥形第二波导(103)，并行设置在所述第一波导(101)的不同侧，每个第二波导(103)的锥形与所述第一波导(101)的锥形相反，用于传播单模光信号(104)并在其基部输出所述单模光信号(104)，
其中所述分光器(100)用于将所述第一波导(101)中向其顶端传播的所述多模光信号(102)在绝热条件下分成所述第二波导(103)中向其基部传播的所述两个单模光信号(104)。
2.根据权利要求1所述的分光器(100)，其特征在于，
所述第一波导(101)和/或所述第二波导(103)由SiN制成。
3.根据权利要求1或2所述的分光器(100)，其特征在于，
所述第一波导(101)和所述第二波导(103)嵌入到包层(406)中，具体是SiO2包层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的分光器(100)，其特征在于，在所述第二波导(103)的所述顶端，
所述第一波导(101)和所述每个第二波导(103)之间的间隙(400)是所述第二波导(103)的每个顶端的宽度(401)的0.8至1.2倍。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的分光器(100)，其特征在于，在所述第一波导(101)的所述顶端，
所述第一波导(101)和所述每个第二波导(103)之间的间隙(402)是所述第一波导(101)的所述顶端的宽度(403)的2至3倍。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的分光器(100)，其特征在于，
所述第一波导(101)的所述基部的宽度(404)是所述第二波导(103)的每个顶端的所述宽度(401)的5至7倍。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的分光器(100)，其特征在于，
所述第二波导(103)的每个基部...
【专利技术属性】
技术研发人员：佩德罗·达马斯，马科·兰波尼，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。