一种基于不对称定向耦合器的平行多模交叉结构制造技术

本发明专利技术涉及一种基于不对称定向耦合器(ADC)的平行多模交叉结构，该交叉结构通过设置第一多模波导、第二多模波导、第三多模波导、位于第一多模波导和第二多模波导之间的第一单模波导队列和位于第二多模波导和第三多模波导之间的第二单模波导队列，多模波导由n

【技术实现步骤摘要】
一种基于不对称定向耦合器的平行多模交叉结构


[0001]本专利技术涉及光通信领域，尤其涉及一种基于不对称定向耦合器的平行多模交叉结构。

技术介绍

[0002]现代光子技术的发展对器件的集成性，片上器件密度、功能、性能等要求越来越高，这使得单芯片上光波导之间交叉次数大大增加。近年来，绝缘体上硅(SOI)平台上的模分复用(MDM)技术为进一步提高片上光互连的传输光谱效率和容量提供了一种更有前途和更有吸引力的方法。同时，SOI(Silicon OnIsolator)材料作为光集成研究的热点材料具有导光特性好，然而SOI的芯包折射率差较大使其导模的空间发散角很大，从而导致光在波导交叉的部分会产生显著的散射。SOI光波导单次直接交叉会导致严重的串扰和多模激发，大量交叉产生的损耗和串扰对单芯片而言将难以接受。
[0003]对于光波导交叉单元，散射功率与波导材料的折射率差成正比。在高折射率差的材料中，因光波导交叉而产生损耗和串扰问题显得尤为尖锐。波导交叉作为密集集成的MDM光网络的重要组成部分，近些年报道的多模波导交叉主要基于不同的方案：MMI耦合器，二维纳米结构，麦克斯韦鱼眼透镜。然而，这些结构会出现难于满足多个模式的交叉或工艺、制造难度大等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的在于提供一种基于不对称定向耦合器的平行多模交叉结构，该多模交叉结构至少包括以下方案。
[0005]一种基于不对称定向耦合器的平行多模交叉结构，其包括第一多模波导、为直波导的第二多模波导、第三多模波导、位于第一多模波导和第二多模波导之间的第一单模波导队列和位于第二多模波导和第三多模波导之间的第二单模波导队列；
[0006]所述第一多模波导由第1直波导段和第1锥形波导段、第2直波导段和第2 锥形波导段
……
、第t
‑
1直波导段和第t
‑
1锥形波导段依次首尾连接而成，t≥2；
[0007]所述第三多模波导由第1锥形波导段和第1直波导段、第2锥形波导段和第2直波导段
……
、第t
‑
1锥形波导段和第t
‑
1直波导段依次首尾连接而成；
[0008]所述第一单模波导队列包括第1子单模波导、第2子单模波导
……
、第t 子单模波导；所述第1子单模波导至第t
‑
1子单模波导均由第一波导段、180
°
弯曲波导段、第二波导段依次首尾连接而成；所述第t子单模波导由180
°
弯曲波导段和第二波导段依次首尾连接而成；
[0009]所述第二单模波导队列包括第1子单模波导、第2子单模波导
……
、第t 子单模波导；所述第1子单模波导由第二波导段和180
°
弯曲波导段依次首尾连接而成，第2子单模波导至第t子单模波导均由第二波导段、180
°
弯曲波导段、第一波导段依次首尾连接而成；所述第1子单模波导的180
°
弯曲波导段连接至所述第三多模波导的第1锥形波导段；
[0010]所述多模波导的直波导与所述子单模波导的第一波导段及第二波导段各构成一个ADC；
[0011]带有t个模式的光信号传输进入第一多模波导，经ADC解复用转化为基模，所述基模经由第一单模波导队列传输至第二多模波导，经ADC复用同时转化为第二多模波导中第t+1模式的反向传输光信号，该第t+1模式的光信号经ADC 解复用转换为基模，所述基模经由第二单模波导队列传输至第三多模波导，经 ADC复用同时转化为第三多模波导中t个模式的光信号。
[0012]所述多模波导的宽度至少支持前t+1个TEi模式的传输，其中，i＝0，1，
……
，t。
[0013]所述第一波导段与所述第二波导段分别选用n段直角梯形波导段连接而成，所述直角梯形波导的直角边靠近且平行于所述ADC中的直波导，n≥2；所述直角梯形波导段的参数选用粒子群算法优化获得。
[0014]所述ADC同时用于复用和解复用。
[0015]所述第一单模波导队列中的第二直波导段、第二多模波导和第二单模波导队列中的第二直波导段之间的模式转换采用了三波导定向耦合器结构。
[0016]所述第一多模波导和所述第一单模波导队列与所述第三多模波导和所述第二单模波导队列关于第二多模波导呈轴中心对称。
[0017]所述第一单模波导队列中，所述第1子单模波导至第t
‑
1子单模波导的第一直波导段与180
°
弯曲波导段之间还设置有第一S型波导段和第三直波导段，其 180
°
弯曲波导段与第二直波导段之间还设置有第二S型波导段。
[0018]所述第一多模波导的第t
‑
1锥形波导段与第t子单模波导之间还设置有第一 S型波导段。
[0019]所述第二单模波导队列中，所述第2子单模波导至第t子单模波导的第二直波导段与180
°
弯曲波导段之间还设置有第二S型波导段，其180
°
弯曲波导段与第一直波导段之间还设置有第三直波导段和第一S型波导段。
[0020]所述第二单模波导队列中的第1子单模波导与所述第三多模波导的第1锥形波导段之间还设置有第一S型波导段。
[0021]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0022]本专利技术提供的多模交叉结构针对现代光子技术高集成度的要求，避免采用大量单模光波导交叉产生较大的传输损耗和串扰，采用了锥形ADC级联来构建多模交叉单元，使得多个横向传播模式在一个交叉结构上同时实现低损耗、低串扰的交叉功能，器件结构十分紧凑。本专利技术实现多个横向模式高效交叉，解决了传统波导交叉方案无法同时实现横纵向模式交叉的难题。
附图说明
[0023]图1是本专利技术一实施例的多模交叉结构示意图。
[0024]图2是本专利技术一实施例经粒子群算法优化获得的ADC结构示意图。
[0025]图3是本专利技术一实施例多模交叉结构的光学显微镜图。
[0026]图4是本专利技术一实施例多模交叉结构的横向基模、一阶、二阶及三阶的光场分布图。
[0027]图5是本专利技术一实施例多模交叉结构的四模交叉模拟光场分布图。
具体实施方式
[0028]接下来将结合本专利技术的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，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的前提下所获得的其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。
[0029]本说明书中使用例如“之下”、“下方”、“下”、“之上”、“上方”、“上”等空间相对性术语，以解释一个元件相对于第二元件的定位。除了与图中所示那些不同的取向以外，这些术语意在涵盖器件的不同取向。
[0030]另外，使用诸如“第一”、“第二”等术语描述各个元件、层、区域、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于不对称定向耦合器的平行多模交叉结构，其特征在于，其包括第一多模波导、为直波导的第二多模波导、第三多模波导、位于第一多模波导和第二多模波导之间的第一单模波导队列和位于第二多模波导和第三多模波导之间的第二单模波导队列；所述第一多模波导由第1直波导段和第1锥形波导段、第2直波导段和第2锥形波导段
……
、第t
‑
1直波导段和第t
‑
1锥形波导段依次首尾连接而成，t≥2；所述第三多模波导由第1锥形波导段和第1直波导段、第2锥形波导段和第2直波导段
……
、第t
‑
1锥形波导段和第t
‑
1直波导段依次首尾连接而成；所述第一单模波导队列包括第1子单模波导、第2子单模波导
……
、第t子单模波导；所述第1子单模波导至第t
‑
1子单模波导均由第一波导段、180
°
弯曲波导段、第二波导段依次首尾连接而成；所述第t子单模波导由180
°
弯曲波导段和第二波导段依次首尾连接而成；所述第二单模波导队列包括第1子单模波导、第2子单模波导
……
、第t子单模波导；所述第1子单模波导由第二波导段和180
°
弯曲波导段依次首尾连接而成，第2子单模波导至第t子单模波导均由第二波导段、180
°
弯曲波导段、第一波导段依次首尾连接而成；所述第1子单模波导的180
°
弯曲波导段连接至所述第三多模波导的第1锥形波导段；所述多模波导的直波导与所述子单模波导的第一波导段及第二波导段各构成一个ADC；带有t个模式的光信号传输进入第一多模波导，经ADC解复用转化为基模，所述基模经由第一单模波导队列传输至第二多模波导，经ADC复用同时转化为第二多模波导中第t+1模式的反向传输光信号，该第t+1模式的光信号经ADC解复用转换为基模，所述基模经由第二单模波导队列传输至第三多模...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱凝，张润森，侯海文，
申请(专利权)人：华南师大清远科技创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：