一种复用器、设计方法和多通道混合复用器技术

本发明专利技术提供一种复用器、设计方法和多通道混合复用器，复用器包括依次连接的输入波导、优化区和总线波导，优化区被划分为多个单元，每个单元有2个状态，每个单元的状态按照优化方式得到；优化方式为，改变池化窗口内至少一个单元的状态，如果改变状态后的优化区的输出光谱，相比改变状态前的优化区的输出光谱，更接近目标输出光谱，则保留改变后的池化窗口状态；按照上述方式遍历所有单元，直至稳定；池化窗口为至少一个单元的集合。本申请通过设置池化窗口的优化方式计算并设置最优性能的优化区，加快优化速度，提高优化效果，通过优化区与多个输入波导连接并同步传输至总线波导内，减小了整体的设计尺寸，同时进一步提高了传输容量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种复用器、设计方法和多通道混合复用器


[0001]本专利技术属于复用器
，具体是涉及到一种复用器、设计方法和多通道混合复用器。

技术介绍

[0002]由于集成光子学和互补金属氧化物半导体制造技术的快速发展，基于绝缘体上硅技术的硅基光子学，在未来的高速光学互连中具有广阔的应用前景。
[0003]众所周知，波分复用技术可以通过多个波长来扩展通讯容量。除了传统的波分多路复用技术，模分复用技术可以通过多模光波导中的正交本征模来承载多通道数据，是一种有效的途径来提高光互连系统的传输能力，其中模分复用器是模分复用系统的重要组成。模分复用器通常采用正向的设计方法，比如非对称耦合原理，可以简单的实现多个模式的模分复用器，但是其尺寸太大，不易深入应用到高密度集成的光子电路中。采用其他设计方法得到的复用器，也难以实现尺寸、优化速度和效果的一致提升，难以满足实际需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种复用器、设计方法和多通道混合复用器，以解决现有技术中存在的复用器尺寸较大，通道数量少，性能较差的问题。
[0005]为实现上述目的，本申请采用的技术方案是，提供一种复用器，包括依次连接的输入波导、优化区和总线波导，所述优化区被划分为多个单元，每个单元有2个状态，每个单元的状态按照优化方式得到；优化方式为，改变池化窗口内至少一个单元的状态，如果改变状态后的优化区的输出光谱，相比改变状态前的优化区的输出光谱，更接近目标输出光谱，则保留改变后的池化窗口状态；按照上述方式遍历所有池化窗口，直至稳定；所述池化窗口为至少一个单元的集合。
[0006]其中，目标输出光谱通常是目标器件理想性能的体现，优化区是为了实现T
TE0
，T
TE1
，T
TE2
，和T
TE3
模式的复用，因此目标输出光谱是为了让T
TE0
，T
TE1
，T
TE2
，和T
TE3
模式的透过率尽可能的大，通常可以下式进行表示：
[0007]FOM＝T
TE0
+T
TE1
+T
TE2
+T
TE3
[0008]其中，T
TE0
，T
TE1
，T
TE2
，和T
TE3
分别表示TE0，TE1，TE2，和TE3模式在1550nm波长的透过率，FOM为品质因数。
[0009]改变状况后的输出光谱的FOM值越大，说明TE0，TE1，TE2，和TE3模式的透过率越高，器件的性能越好，则保留其改变后的单元的状态，否则，就保留改变前的单元的状态。
[0010]相应的，稳定状态通常指2次迭代后(遍历所有池化窗口，为一次迭代)的输出光谱之间的差值小于设定值，比如0.1％时，即判断优化区处于稳定状态，停止优化迭代过程，否则继续进行迭代优化。
[0011]可选的，所述单元的状态分为刻蚀状态和非刻蚀状态。
[0012]可选的，所述刻蚀的方式为，在单元的中心打孔，或者在单元的中心打孔后填充和
单元材料不相同的其他材料。
[0013]可选的，所述输入波导的数量为至少2个。
[0014]可选的，所述优化区的横截面为五边形。
[0015]可选的，在上述池化窗口遍历的过程当中，随机的依次改变整个优化区域的一个或者多个单元的状态，如果改变状态后的输出光谱相比原有的输出光谱更接近目标输出光谱，则保留改变后的池化窗口内单元的状态。
[0016]本申请的复用器主要为TE模式复用器。
[0017]本申请还提供一种复用器的设计方法，包括如下步骤，将优化区划分为多个单元，每个单元有2个状态，初始化优化区中每个单元的状态；将至少一个单元的集合作为池化窗口，随机改变池化窗口内至少一个单元的状态；如果改变状态后的优化区的输出光谱，相比改变状态前的优化区的输出光谱，更接近目标输出光谱，则保留改变后的池化窗口内单元的状态；按照上述方式遍历所有池化窗口，直至稳定。
[0018]可选的，在上述遍历的过程当中上述池化窗口遍历的过程当中，随机的依次改变整个优化区域的一个或者多个单元的状态，如果改变状态后的输出光谱相比原有的输出光谱更接近目标输出光谱，则保留改变后的池化窗口内单元的状态。
[0019]本申请还提供一种多通道混合复用器，包括上述复用器，主要为TE模式复用器，还包括至少一个其他偏振模式的复用器，比如TM模式的偏振复用器，所述其他偏振模式的复用器包括依次连接的输入端、弯曲波导和耦合波导，所述耦合波导和总线波导形成非对称定向耦合器单元。
[0020]可选的，不同的非对称定向耦合器单元级联形成TM模式的偏振复用器。
[0021]可选的，所述TE模式复用器具有四个输入波导，四个所述输入波导均与优化区连接，并通过所述优化区与总线波导连接，可以实现TE0，TE1，TE2，和TE3模式的复用；
[0022]所述总线波导靠近所述优化区一端的宽度与背离所述优化区一端的宽度不同，所述总线波导靠近所述优化区的一端形成有第一输出波导，所述总线波导背离所述优化区的一端形成有第二输出波导；
[0023]所述TM模式的偏振复用器是由3个TM模式非对称定向耦合器单元级联组成，根据非对称定向耦合原理，通过控制耦合波导和总线波导的结构参数，可以实现对TM0，TM1，TM2，和TM3模式的复用；
[0024]还包括包围结构，所述包围结构包括衬底和上包层，所述衬底和所述上包层包裹设置在所述多通道混合复用器的外侧。
[0025]本专利技术的有益效果是，通过设置池化窗口的优化方式计算并设置最优性能的优化区，加快了优化速度，提高了优化效果，同时通过优化区进一步提高了传输性能。优化区优化得到的TE模式复用器和由TM模式非对称定向耦合器单元级联组成的TM模式的复用器，通过共同的总线波导组合，形成混合偏振复用器，大幅度减小了器件的尺寸，并且增加了通道数量。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例的一种多通道混合复用器的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例的多通道混合复用器的俯视结构示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例的一种多通道混合复用器中优化区的结构示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例的一种多通道混合复用器中优化区的运算原理示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例的一种复用器的设计方法的流程示意图；
[0031]图6为本专利技术实施例的一种多通道混合复用器的TE偏振模式的仿真结果；
[0032]图7为本专利技术提供的一种多通道混合复用器的TM偏振模式的仿真结果；
[0033]图8为本专利技术提供的搜索池化窗口设计方法与依次搜索单元的设计方法的对比。
[0034]其中，图中各附图标记：
[0035]11
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输入波导，12
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复用器，其特征是，包括依次连接的输入波导、优化区和总线波导，所述优化区被划分为多个单元，每个单元有2个状态，每个单元的状态按照优化方式得到；优化方式为，改变池化窗口内至少一个单元的状态，如果改变状态后的优化区的输出光谱，相比改变状态前的优化区的输出光谱，更接近目标输出光谱，则保留改变后的池化窗口状态；按照上述方式遍历所有池化窗口，直至稳定；所述池化窗口为至少一个单元的集合。2.如权利要求1所述的复用器，其特征是，所述单元的状态分为刻蚀状态和非刻蚀状态。3.如权利要求1或2所述的复用器，其特征是，所述刻蚀的方式为，在单元的中心打孔，或者在单元的中心打孔后填充和单元材料不相同的其他材料。4.如权利要求1或2所述的复用器，其特征是，所述优化区的横截面为五边形。5.如权利要求1或2所述的复用器，其特征是，在上述遍历的过程当中，随机的改变整个优化区的一个或者多个单元的状态，如果改变状态后的输出光谱相比原有的输出光谱更接近目标输出光谱，则保留改变后的池化窗口内单元的状态。6.一种如权利要求1
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5任一项所述的复用器的设计方法，其特征是，包括如下步骤，将优化区划分为多个单元，每个单元有2个状态，初始化优化区中每个单元的状态；将至少一个单元的集合作为池化窗口，随机改变池化窗口内至少一个单元的状态；如果改变状态后的优化区的输出光谱，相比改变状态前的优化区的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊波，马汉斯，杜特，姜鑫鹏，方粮，韦雪玲，农洁，张伊祎，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：