一种光波导多级耦合模分复用器制造技术

本发明专利技术公开了一种光波导多级耦合模分复用器，包括光波导层和基底层。光波导层包括第一光波导和第二光波导；第二光波导包括传输光波导和多个耦合结构；每个耦合结构包括耦合光波导和连接光波导；耦合光波导和传输光波导通过连接光波导连接；耦合光波导平行于传输光波导；耦合光波导与第一光波导之间的距离小于传输光波导与第一光波导之间的距离；当光波在所述第一光波导中传播时，第二光波导中的所述多个耦合结构将第一光波导的模式功率依次耦合，并将依次耦合的模式功率进行叠加，在输出端输出耦合叠加后的功率。本发明专利技术在光波导间隔不变的情况下，通过增加多个耦合结构，并将耦合的模式功率叠加，提高了光波导模式之间的耦合效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种光波导多级耦合模分复用器


[0001]本专利技术涉及光波导板互连
，特别是涉及一种光波导多级耦合模分复用器。

技术介绍

[0002]近年来，数据中心、超级计算机等领域对数据处理的要求越来越高，提高数据传输带宽并高速处理数据成为亟待解决的问题，背板光互连技术凭借着大带宽、低功耗、抗电磁干扰能力强等优势成为近年来光通信领域的研究热点。
[0003]在光互连系统的众多关键技术中，模分复用技术是继波分复用、偏振复用技术后能够进一步提升信息传输容量的复用技术，其使用不同的模式承载多路信号。使用聚合物材料制备光波导型器件是近年来集成光路的研究热点，其中光波导型模分复用器可以将单模波导中的基模与少模波导中的高阶模进行转换，实现模式的复用，提升系统传输容量，因而成为模分复用系统中的重要器件，得到了广泛研究。
[0004]模式耦合理论是模分复用器的重要理论支撑，该理论是指在满足耦合条件的情况下，光波功率在不同光波导的模式之间或者是在同一光波导的不同模式之间转移。目前有许多关于模分复用器的研究内容，文献“应用于模分复用的聚合物光波导非对称定向耦合器研究”分析了非对称定向耦合技术的模式耦合条件、影响光波导耦合效率和耦合长度的因素等，并且对光波导制备工艺进行了介绍；文献“光波导三模式模分复用器研究”对非对称定向耦合进行了研究，并且对光波导间隔对模分复用的影响做了仿真分析，该文献指出，模式耦合效率随着光波导间隔的增加先增大后减小，但是耦合长度是一直增加的，且增速变快。对于能够发生耦合的光波导来说，理论上能够得到最大耦合效率的光波导间隔一般较小，但是光波导间隔太小会给光波导的制备工艺增加难度，光波导制备过程中曝光、显影等过程中有许多不可控因素会导致实际制备的光波导与理论设计的存在较大误差，因此难以进行大规模批量生产。
[0005]目前定向耦合型模分复用器由主光波导和副光波导组成，主光波导和副光波导均是直波导，主光波导和副光波导之间的间隔较大，副光波导将主波导的功率耦合到副光波导中，在副光波导中进行传播最后输出，耦合效率低；经过上述研究表明，理论上光波导之间的距离越近，耦合的功率越多，耦合效率越高，但是光波导间隔太小会给光波导的制备工艺增加难度，在光波导制备中曝光、显影等过程中有许多不可控因素会导致实际制备的光波导与理论设计的存在较大误差，因此难以实现。
[0006]综上所述可以看出，如何在光波导间隔较大且保持不变的情况下提高耦合效率目前有待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种光波导多级耦合模分复用器解决在光波导间隔不变的情况下提高耦合效率的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种光波导多级耦合模分复用器，包括：光波导层，所述光波导层包括第一光波导和第二光波导；
[0009]所述第二光波导包括传输光波导和多个耦合结构；
[0010]每个耦合结构包括耦合光波导和连接光波导；
[0011]所述耦合光波导和所述传输光波导通过所述连接光波导连接；
[0012]所述耦合光波导平行所述传输光波导；
[0013]所述耦合光波导与所述第一光波导之间的距离小于所述传输光波导与所述第一光波导之间的距离；
[0014]当光波在所述第一光波导中传播时，所述第二波导中的所述多个耦合结构将所述第一光波导中的模式功率依次耦合，并将依次耦合的模式功率进行叠加，在输出端输出耦合叠加后的功率。
[0015]优选地，所述连接光波导为S形弯曲光波导。
[0016]优选地，所述第一光波导和所述第二光波导的高度相等，调节所述第一光波导和第二光波导的宽度，确保所述第一光波导中高阶模式的有效折射率等于所述第二光波导中基模的有效折射率。
[0017]优选地，所述多个耦合结构包括：三个耦合结构。
[0018]优选地，所述多个耦合结构中的耦合光波导的长度取值使得进行叠加的两路光波的功率相等，且任意两个进行叠加的耦合结构在叠加位置处波导内模式的相位相等，即相位差为0，确保耦合叠加后的光波功率最大。
[0019]优选地，所述传输光波导与所述第一光波导之间的距离大于最大有效耦合距离。
[0020]优选地，所述耦合光波导与所述第一光波导之间的距离为4μm。
[0021]优选地，还包括：基底层，作为放置并固定所述第一光波导和所述第二光波导的衬底。
[0022]优选地，所述光波导层的材料为聚合物光刻胶，所述基底层的材料为FR
‑
4环氧板。
[0023]优选地，一种光波导通讯系统，包括上述任一项所述的光波导多级耦合模分复用器。
[0024]本专利技术提供了一种光波导多级耦合模分复用器，包括第一光波导和第二光波导，第二光波导包括传输光波导和多个耦合结构，每个耦合结构包括直波导和连接波导，在光波导间隔不变的情况下，利用耦合结构中的直波导进行耦合，并且利用连接波导将耦合得到的功率传输到传输光波导中进行叠加；经过多个耦合结构，进行多次耦合，将耦合得到的功率依次叠加输出，大大提高了耦合效率，本专利技术在不改变光波导之间的间隔的条件下，仅增加多个耦合结构，将耦合得到的功率叠加，便提高了耦合效率。
附图说明
[0025]为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为定向耦合型多级耦合模分复用器结构模型图；
[0027]图2为光波导模式相位匹配条件与对应模式图；
[0028]图3为光波导间隔为3μm时光波导1中模式与光波导2中模式的耦合效率图；
[0029]图4为光波导间隔增加至4μm时光波导1中模式与光波导2中模式的耦合效率图；
[0030]图5为一级耦合结构激发光波导1中模式时各光波导中模式的功率传播图；
[0031]图6为两级耦合结构激发光波导1中模式时各光波导中模式的功率传播图；
[0032]图7为三级耦合结构激发光波导1中模式时各光波导中模式的功率传播图。
具体实施方式
[0033]本专利技术的核心是提供一种光波导多级耦合模分复用器，通过多个耦合结构进行多次耦合并将耦合得到的模式功率叠加，来提高光波导模式之间的耦合效率。
[0034]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]本专利技术所提供的定向耦合型多级耦合模分复用器结构包括：光波导层和基底层。所述光波导层包括第一光波导和第二光波导；所述第二光波导包括传输光波导和多个耦合结构；每个耦合结构包括耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光波导多级耦合模分复用器，其特征在于，包括：光波导层，所述光波导层包括第一光波导和第二光波导；所述第二光波导包括传输光波导和多个耦合结构；每个耦合结构包括耦合光波导和连接光波导；所述耦合光波导和所述传输光波导通过所述连接光波导连接；所述耦合光波导平行所述传输光波导；所述耦合光波导与所述第一光波导之间的距离小于所述传输光波导与所述第一光波导之间的距离；当光波在所述第一光波导中传播时，所述第二波导中的所述多个耦合结构将所述第一光波导中的模式功率依次耦合，并将依次耦合的模式功率进行叠加，在输出端输出耦合叠加后的功率。2.如权利要求1所述的光波导多级耦合模分复用器，其特征在于，所述连接光波导为S形弯曲光波导。3.如权利要求1所述的光波导多级耦合模分复用器，其特征在于，所述第一光波导和所述第二光波导的高度相等，调节所述第一光波导和第二光波导的宽度，确保所述第一光波导中高阶模式的有效折射率等于所述第二光波导中基模的有效折射率。4.如权利要求3所述的光波导多级耦合模分复用器，其特征在于，所述多个耦合结构包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王廷云，张汝欢，邓传鲁，黄怿，张小贝，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：