一种3dB光波功率分束器制造技术

本发明专利技术提供了一种3dB光波功率分束器，包括衬底、设置在所述衬底上的平板形光波导层、以及设置所述平板形光波导层表面的包层；所述平板形光波导层包括光波导层主体、设置在所述光波导层主体一侧的条形输入端口、以及两个设置在所述光波导层主体另一侧的条形输出端口；所述光波导层主体设置有半透半反射镜和全反射镜，所述半透半反射镜用于把入射光束分割为反射光束和透射光束，所述反射光束射向其中一个条形输出端口，所述全反射镜用于把所述透射光束全部发射向另一个条形输出端口；所述反射光束和透射光束的光功率相等；该3dB光波功率分束器光损耗低且结构紧凑。分束器光损耗低且结构紧凑。分束器光损耗低且结构紧凑。

【技术实现步骤摘要】
一种3dB光波功率分束器


[0001]本专利技术涉及集成光子器件领域，尤其涉及一种3dB光波功率分束器。

技术介绍

[0002]硅光子技术可以通过半导体制造技术与微电子芯片进行相对简单的集成来实现低成本的光学设备。这使得使用SOI（Silicon-On-Insulator 绝缘体上硅）技术基于高对比度折射率材料的新器件的设计和制造成为可能。3dB光波分束器是实现集成光子系统不可替代的无源器件单元，它可以将光功率按照1：1的比例分配给2个输出设备以满足光电子集成的多设备级联需求。
[0003]目前，片上光电子集成系统中的光波功率分束器主要由Y支、多模干涉耦合器、方向耦合器实现对光波分束，这些器件单元结构均是基于SOI条形光波导制备的。但是，光波在波导内以高斯光波的形式进行传播，高斯光波具有远场发散特性；当光波在条形光波导内传播时，其传播模式在波导内的横向方向和纵向方向均被约束而无法发散；而且现阶段由于加工工艺的限制，条形光波导在制备时其两侧会存在粗糙壁，这些粗糙壁会导致光波在传播模式被约束时造成较大的插入损耗，约为3dB/cm；因此，现有的这种光波功率分束器对光波的损耗较大，而且器件尺寸较大，不利于光电子集成电路的低损耗、高集成化设计。

技术实现思路

[0004]鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种3dB光波功率分束器，其光损耗低且结构紧凑。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种3dB光波功率分束器，包括衬底、设置在所述衬底上的平板形光波导层、以及设置所述平板形光波导层表面的包层；所述平板形光波导层包括光波导层主体、设置在所述光波导层主体一侧的条形输入端口、以及两个设置在所述光波导层主体另一侧的条形输出端口；所述光波导层主体设置有半透半反射镜和全反射镜，所述半透半反射镜用于把入射光束分割为反射光束和透射光束，所述反射光束射向其中一个条形输出端口，所述全反射镜用于把所述透射光束全部发射向另一个条形输出端口；所述反射光束和透射光束的光功率相等。
[0006]所述的3dB光波功率分束器中，所述半透半反射镜和全反射镜均为曲面镜，所述曲面镜为凹面镜。
[0007]所述的3dB光波功率分束器中，所述半透半反射镜包括开设在所述光波导层主体上的凹槽，所述凹槽为空槽，或者所述凹槽内填充有填充材料，且所述填充材料的折射率比所述光波导层主体的材料的折射率低。
[0008]所述的3dB光波功率分束器中，所述全反射镜为所述光波导层主体的一个侧面。
[0009]进一步的，作为全反射镜的侧面上包覆的包层厚度不小于光波的全反射透射深
度。
[0010]所述的3dB光波功率分束器中，所述平板形光波导层为硅、磷化铟、锑、砷化镓或砷化铟；所述包层为二氧化硅。
[0011]所述的3dB光波功率分束器中，所述条形输入端口和条形输出端口均为矩型条状，且条形输入端口和条形输出端口的横截面尺寸相同。
[0012]进一步的，所述条形输入端口和条形输出端口的宽度和厚度满足条件：max（w，2h）<λ<2w，其中，w是宽度，h是厚度，λ是工作光波的波长。
[0013]所述的3dB光波功率分束器中，所述半透半反射镜和全反射镜的位置和尺寸满足以下条件：；；；；其中，是入射光波的光腰半径, 是出射光波的光腰半径，是条形输入端口的根部到反射点的入射距离，是反射点到相应条形输出端口的根部的出射距离，是曲面镜的焦距，是入射光波的瑞利距离，是曲面镜的半径，是入射光波的入射角。
[0014]所述的3dB光波功率分束器中，所述条形输出端口的中轴线与所述条形输出端口的中轴线垂直。
[0015]有益效果：本专利技术提供的一种3dB光波功率分束器，与现有技术相比，具有以下优点：1.通过光波导层主体中的一面半透半反射镜与一面全反射镜，实现功率1：1的光波分束，结构紧凑，有利于减小尺寸；2.该光波功率分束器基于平板形光波导，光波在平板形光波导内传播时其传播模式仅在纵向方向被限制，光波在横向方向可自由传播，与条形光波导相比，光波传输效率受波导粗糙侧壁影响较小，插入损耗较低。
附图说明
[0016]图1为本专利技术提供的3dB光波功率分束器的结构示意图。
[0017]图2为本专利技术提供的3dB光波功率分束器中，平板形光波导层的俯视图。
[0018]图3为在不同比率的情况下，比率随比率的变化趋势图。
[0019]图4为半反半透曲面镜透射功率随镜厚度的变化趋势图。
[0020]图5为对具有TE偏振的高斯光波进行的仿真的仿真结果。
[0021]图6为两个输出光束的功率的仿真计算结果。
具体实施方式
[0022]下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0023]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0024]下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本专利技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0025]请参阅图1、2，本专利技术提供的一种3dB光波功率分束器，包括衬底1、设置在衬底1上的平板形光波导层2、以及设置平板形光波导层表面的包层；平板形光波导层2包括光波导层主体201、设置在光波导层主体201一侧的条形输入端口202、以及两个设置在光波导层主体201另一侧的条形输出端口203（此处的条形是相对于平板形的波导层主体201而言的，条形输入端口202、条形输出端口203的宽度小于波导层主体201对应的侧面的宽度）；光波导层主体201设置有半透半反射镜204和全反射镜205，半透半反射镜204用于把入射光束（即从条形输入端口202本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3dB光波功率分束器，包括衬底、设置在所述衬底上的平板形光波导层、以及设置所述平板形光波导层表面的包层；其特征在于，所述平板形光波导层包括光波导层主体、设置在所述光波导层主体一侧的条形输入端口、以及两个设置在所述光波导层主体另一侧的条形输出端口；所述光波导层主体设置有半透半反射镜和全反射镜，所述半透半反射镜用于把入射光束分割为反射光束和透射光束，所述反射光束射向其中一个条形输出端口，所述全反射镜用于把所述透射光束全部发射向另一个条形输出端口；所述反射光束和透射光束的光功率相等。2.根据权利要求1所述的3dB光波功率分束器，其特征在于，所述半透半反射镜和全反射镜均为曲面镜，所述曲面镜为凹面镜。3.根据权利要求1所述的3dB光波功率分束器，其特征在于，所述半透半反射镜包括开设在所述光波导层主体上的凹槽，所述凹槽为空槽，或者所述凹槽内填充有填充材料，且所述填充材料的折射率比所述光波导层主体的材料的折射率低。4.根据权利要求1所述的3dB光波功率分束器，其特征在于，所述全反射镜为所述光波导层主体的一个侧面。5.根据权利要求4所述的3dB光波功率分束器，其特征在于，作为全反射镜的侧面上包覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭嘉梁，马静，傅翼斐，陈皓，牛兰，李双，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：