耦合器制造技术

公开了一种耦合器，包括第一波导、模式转换结构和覆盖层。其中，模式转换结构沿波导方向依次包括1至m阶耦合区，第i阶耦合区包括中间功能层和对称地位于中间功能层两侧的i对功能层；中间功能层中包括i+1个等间距的基本耦合单元，i对功能层中的任一个功能层中的基本耦合单元的数量沿远离中间功能层的方向依次递减1，第m阶耦合区包括中间功能层和位于中间功能层两侧的m对或m

【技术实现步骤摘要】
耦合器


[0001]本专利技术涉及光子集成器件领域，具体来讲，涉及一种耦合器。

技术介绍

[0002]在光子集成器件领域中，光信号在光波导和光纤之间的耦合交互过程非常重要。一般情况下普通光波导横截面尺寸为亚微米量级，而单模光纤纤芯直径尺寸为微米量级，尺寸存在很大差异，产生强烈的模式不匹配，这种模式失配现象会引入大量耦合损耗。
[0003]行业内普遍采用耦合器来解决上述问题，耦合器是实现光子集成器件领域耦合的重要无源器件，目前通过横向优化耦合器，可以降低模式不匹配所导致耦合效率低的影响，但是光纤具有中心对称的结构特点，上述横向优化的耦合器仍然存在模式失配损耗较大、耦合效率较低的问题。
[0004]因此，有必要提出一种带宽大、模式失配损耗小，耦合效率高的耦合器。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题中的至少部分，本专利技术实施例提供了一种带宽大、模式失配损耗小，耦合效率高的耦合器。
[0006]本专利技术的耦合器包括：第一波导、模式转换结构和覆盖层，其中，
[0007]所述第一波导和所述模式转换结构沿波导方向依次位于所述覆盖层中；
[0008]所述第一波导配置为耦合至所述模式转换结构，并且所述第一波导沿所述波导方向具有中心对称结构，其对称轴为主对称轴；
[0009]所述模式转换结构沿所述波导方向依次包括1至m阶耦合区，其中，
[0010]在第i阶耦合区中：包括1个中间功能层和对称地位于所述中间功能层两侧的i对功能层；所述中间功能层所在的平面与所述第一波导所在的平面共面；所述中间功能层中包括i+1个等间距的基本耦合单元，所述i对功能层中的任一个功能层中的基本耦合单元的数量沿远离所述中间功能层的方向依次递减1个，其中1≤i≤m
‑
1；
[0011]在第m阶耦合区中：包括1个中间功能层和位于所述中间功能层两侧的m对或m
‑
1对功能层，所述m对或m
‑
1对功能层中的任一个功能层中的基本耦合单元的数量沿远离所述中间功能层的方向依次递减1；
[0012]所述第i阶中的基本耦合单元以穿插的方式与下一阶中的基本耦合单元进行耦合；其中，所述基本耦合单元为纳米级至微米级尺寸，且i和m均为正整数，且m大于或等于3。
[0013]上述方案中，在第i阶耦合区中，所有的基本耦合单元以所述中间功能层所在的平面为镜像的金字塔形排列。
[0014]上述方案中，m＝3。
[0015]上述方案中，所述第一波导沿其长度方向依次具有横截面尺寸不变的直波导部和斜波导部，所述直波导部具有第一和第二端部，所述第一端部暴露在所述覆盖层表面，所述第二端部与所述斜波导部底部重合。
[0016]上述方案中，所述第一波导的直波导部的横截面为方形或方形圆形，相应地所述第一波导的斜波导部包括楔形、棱锥或圆锥。
[0017]上述方案中，每个基本耦合单元沿其长度方向依次具有第一波导部、第二波导部和第三波导部，其中，所述第二波导部为横截面尺寸不变的直波导部，且第一波导部和第三波导部为斜波导部，所述第二波导部具有第三端部和第四端部，所述第三端部与所述第一波导部的斜波导部底部重合，所述第四端部与所述第三波导部的斜波导部底部重合。
[0018]上述方案中，所述每个基本耦合单元的第二波导部的横截面为圆形或方形，相应地所述第一波导部和第三波导部为圆锥或棱锥。
[0019]上述方案中，所述第一波导的斜波导部位于第1阶耦合区的中间功能层的2个基本耦合单元的第一波导部中间的间隙中，且所述第i阶耦合区的每个基本耦合单元的第三波导部位于下一阶耦合区的每个基本耦合单元的第一波导部中间的间隙中。
[0020]上述方案中，第i阶耦合区的各基本耦合单元的直波导部的横截面尺寸小于或等于下一阶耦合区的各基本耦合单元的直波导部的横截面尺寸。
[0021]上述方案中，所述覆盖结构的折射率小于所述第一波导的折射率。
[0022]本专利技术通过在耦合器中设计纳米级至微米级尺寸的模式转换层且其中的基本耦合单元的排列方式，形成了一种特殊超材料，能够有效减小单模光纤和光波导尺寸差异带来的模式失配损耗。模式转换层中基本耦合单元分布灵活，且结构参数形式多样，能够根据耦合光纤的有效折射率分布情况，调整各耦合区基本耦合单元的宽度等结构参数，提高耦合器与光纤之间模式的匹配程度，大幅提升耦合效率。因此，本专利技术基于超材料的耦合器，能够有效减小模式失配损耗，提升耦合器的光耦合能力，实现高耦合效率、大带宽出射。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例提供的一种耦合器的立体示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例提供的一种耦合器的俯视示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例提供的一种耦合器中的各层的示意图；
[0026]图4(a)部分为本专利技术实施例提供的耦合器中入射波导的示意图；图4(b)部分示出了入射波导包括楔形的情况；图4(c)部分示出了入射波导的横截面为方形的情况；图4(d)部分示出了入射波导的横截面为圆形的情况；
[0027]图5(a)部分为本专利技术实施例提供的耦合器中基本耦合单元的示意图；图5(b)部分示出了基本耦合单元包括楔形的情况；图5(c)部分示出了基本耦合单元的横截面为方形的情况；图5(d)部分示出了基本耦合单元的横截面为圆形的情况；
[0028]图6为本专利技术实施例提供的一种耦合器的第一阶耦合区在图2中l至a方向的示意图；
[0029]图7为本专利技术实施例提供的一种耦合器的第二阶耦合区在图2中m至b方向的示意图；
[0030]图8为本专利技术实施例提供的一种耦合器的第三阶耦合区在图2中n
‑
c方向的示意图。
具体实施方式
[0031]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0032]针对现有耦合器中存在的模式失配损耗较大、耦合效率较低的问题，本专利技术实施例提供了提出一种耦合器，包括：
[0033]第一波导、模式转换结构和覆盖层，其中，
[0034]所述第一波导和所述模式转换结构沿波导方向依次位于所述覆盖层中；
[0035]所述第一波导配置为耦合至所述模式转换结构，并且所述第一波导沿所述波导方向具有中心对称结构，其对称轴为主对称轴；
[0036]所述模式转换结构沿所述波导方向依次包括1至m阶耦合区，其中，
[0037]在第i阶耦合区中：包括1个中间功能层和对称地位于所述中间功能层两侧的i对功能层；所述中间功能层所在的平面与所述第一波导所在的平面共面；所述中间功能层中包括i+1个等间距的基本耦合单元，所述i对功能层中的任一个功能层中的基本耦合单元的数量沿远离所述中间功能层的方向依次递减1个，其中1≤i≤m
‑
1；
[0038]在第m阶耦合区中：包括1个中间功能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合器，其特征在于，包括第一波导、模式转换结构和覆盖层，其中，所述第一波导和所述模式转换结构沿波导方向依次位于所述覆盖层中；所述第一波导配置为耦合至所述模式转换结构，并且所述第一波导沿所述波导方向具有中心对称结构，其对称轴为主对称轴；所述模式转换结构沿所述波导方向依次包括1至m阶耦合区，其中，在第i阶耦合区中：包括1个中间功能层和对称地位于所述中间功能层两侧的i对功能层；所述中间功能层所在的平面与所述第一波导所在的平面共面；所述中间功能层中包括i+1个等间距的基本耦合单元，所述i对功能层中的任一个功能层中的基本耦合单元的数量沿远离所述中间功能层的方向依次递减1，其中1≤i≤m
‑
1；在第m阶耦合区中：包括1个中间功能层和位于所述中间功能层两侧的m对或m
‑
1对功能层，所述m对或m
‑
1对功能层中的任一个功能层中的基本耦合单元的数量沿远离所述中间功能层的方向依次递减1；所述第i阶中的基本耦合单元以穿插的方式与下一阶中的基本耦合单元进行耦合；其中，所述基本耦合单元为纳米级至微米级尺寸，且i和m均为正整数，且m大于或等于3。2.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，在第i阶耦合区中，所有的基本耦合单元以所述中间功能层所在的平面为对称面镜像地呈金字塔形排列。3.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，m＝3。4.根据权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述第一波导沿其长度方向依次具...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，陈代高，肖希，王磊，
申请(专利权)人：武汉光谷信息光电子创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：