本发明专利技术涉及基于多模干涉波导的波分复用器。本发明专利技术包括输入光波导、输出光波导、多模干涉波导、阵列反射波导；输入光波导、输出光波导位于多模干涉波导左侧且通过锥形波导与多模干涉波导输入端连接；多模干涉波导右侧部分为阵列反射波导，阵列反射波导包括锥形波导、直波导和环形反射器；阵列反射波导中多模干涉波导输出端通过锥型波导分别连接等间距、不同长度的直波导，每条直波导连接一个相同设计的环形反射器。本发明专利技术利用多模干涉波导自映像增强点分光比均匀的特性，大幅减少传统AWG对阵列波导数目的需求，同时解决其阵列反射波导中光强不一致的问题，并且减少了器件尺寸，利于片上集成。上集成。上集成。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多模干涉波导的波分复用器
[0001]本专利技术涉及一种基于多模干涉波导的波分复用器，属于半导体波导通信器件
技术介绍
[0002]光网络已经得到了广泛的应用，但目前的光网络中各个组成部分都是不同的材料体系，使得目前的网络系统中各个器件难以集成，其成本居高不下，体积庞大，难以维护。基于目前的光网络状况，为了减小器件的成本和器件的尺寸，硅基光子器件得到了大幅度的发展。由于硅材料折射率较大，基于硅材料的硅光子通信器件具有较致密的结构；而且硅光子通信器件的工艺与现有CMOS工艺完全兼容，能够在硅基上实现硅光子通信器件与集成电路的片上集成，不但有效降低器件的成本，而且能够减小器件的尺寸并提高器件的可靠性。光通信系统因其在满足日益增长的带宽需求方面的潜力而引起了广泛的关注。除了固有的超高带宽外,光通信还提供了波分复用(WDM)，通过在单个光波导中复用不同频率/波长的信号来增加通道容量。硅基集成光学技术已被证明是一种主要的方法，通过在平面衬底上的小型化光学元件和电路来满足光通信要求。
[0003]目前报道用于波分复用的基于绝缘体上硅(SOI)的光子原件，有级联马赫曾德尔干涉仪(MZIs)，阵列波导光栅(AWG),和微环谐振器等。但这些结构都有各自的不足，影响器件的最终性能。
[0004]基于环形谐振器(MRR)的波分复用器由于其器件尺寸小而具有研究前景。其工作原理是利用谐振波长实现解复用，需要级联不同半径的微环，由于受工艺制造的误差影响，其稳定的波长间隔较难控制，在没有主动元件(如加热器)的情况下是很难达到一个良好的性能要求，但在对微环进行热调谐时，则会增加器件的功耗；基于级联MZI的波分复用器是通过臂长差实现波分复用，其缺点是需要实现多通道的波分复用时，随着级联次数的增加，芯片尺寸也会成倍的增加。
[0005]基于AWG的波分复用器由于其简单的设计方法和紧凑性更有吸引力，特别是在硅衬底上。AWG被公认为是极窄信道间距(DWDM)下复用数百个信道的唯一解决方案。传统的AWG结构使用基于自由传播区域(FPRs)的波前划分的功率分配器。这些功率分配器的缺点是:插入损耗高，功率分配器不均匀，制造要求严格，器件尺寸大。多模干涉(MMI)耦合器通常以其波长无关和稳定制造性能以及均匀的分光比而闻名。因此，用基于MMI的功率分配器取代FPR功率分配器在设备占地面积、输出之间均匀的功率分布和更少的波导阵列方面非常受欢迎。
[0006]本专利技术提出的基于多模干涉波导的波分复用器能够有效弥补现存基于环形谐振器的波分复用器和基于AWG的波分复用器所产生的缺陷，能够得到性能优良的波分复用器。
技术实现思路
[0007]针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种基于多模干涉波导的波分
复用器。该多模干涉波导的波分复用器具有低光损耗、损耗均匀性高、低串扰的优点。
[0008]本专利技术技术方案是：一种基于多模干涉波导的波分复用器，包括输入光波导1、输出光波导、多模干涉波导6、阵列反射波导；输入光波导1、输出光波导位于多模干涉波导6左侧且通过锥形波导7与多模干涉波导6输入端连接；多模干涉波导6右侧部分为阵列反射波导，阵列反射波导包括锥形波导7、直波导8和环形反射器；阵列反射波导中多模干涉波导6输出端通过锥型波导7分别连接等间距、不同长度的直波导8，每条直波导8连接一个相同设计的环形反射器，环形反射器由一个1
×
2波导分束器/合束器9和一段弯曲光波导10构成。
[0009]作为本专利技术的进一步方案，所述多模干涉波导6用于作为波分复用器的自由传输衍射区，阵列反射波导中的锥形波导7放置在多模干涉波导6自映像增强点的位置，自映像增强点为等间距分布，使光信号能以等相位，等光强进入阵列反射波导中。
[0010]作为本专利技术的进一步方案，所述阵列反射波导中的模场是基于多模干涉波导的自映像原理产生的，多模干涉波导6产生N个自映像增强点，其中N与阵列反射波导的数目相同，多模干涉波导替换波分复用器中的两个罗兰圆部分减小了器件整体尺寸。由公式
[0011][0012]可以得到输出光波导的间距Δx，N为输出光波导数目，dg为阵列反射波导的间距，Δλ为1550nm附近的信道间距，n
g
为阵列反射波导的群折射率，n
eff
‑
slab
为条形波导的折射率，λ0为中心波长，L
FPR
为多模干涉波导的长度，n
eff
‑
waveguide.
为脊型波导的有效折射率。
[0013]作为本专利技术的进一步方案，所述阵列反射波导通过锥形波导7与多模干涉波导6右端相连接，输出光波导等间距分布在多模干涉波导6左侧。
[0014]作为本专利技术的进一步方案，相邻阵列反射波导中与环形反射器相连接的直波导长度差ΔL相同。使得相邻直波导中的光信号具有固定的相位差，使得再次进入多模干涉波导时发生衍射效应，实现分波功能。长度差的计算公式为
[0015][0016]λ0为中心波长，Δλ为1550nm附近的信道间距，N为阵列反射波导的数目，n
g
为阵列反射波导的群折射率。
[0017]作为本专利技术的进一步方案，若干形状、尺寸相同的环形反射器排列组成阵列环形反射器。环形反射器可以把直波导中的光信号等振幅，等相位，沿传播方向相反地再次返回到直波导中。
[0018]作为本专利技术的进一步方案，所述1
×
2光波导分束器/合束器9结构为Y分支结构。采用Y分支结构能够将输入的光信号均分输入弯曲波导中，再将返回的光信号合束达到折叠反射的效果。
[0019]作为本专利技术的进一步方案，所述多模干涉波导6采用锥形波导7与输入输出波导相连接，锥形波导7采用SIN波导或Si波导；输入输出波导采用脊形波导或条形波导。
[0020]本专利技术的工作原理是：基于多模干涉耦合器的原理，一束含多个波长的光信号从输入光波导1通过锥形波导7进入多模干涉波导6，在多模干涉波导6中发生各阶模的干涉而形成自映像效应，阵列反射波导放置在多模干涉区的自映像增强点位置，光信号以等相位，
等强度地分别耦合进入阵列反射波导，等相位的光信号经过不同直波导8长度的阵列反射波导传输后来到1
×
2光波导分束器/合束器9处，均匀分为两束光波进入到弯曲光波导10中，传输相同长度后又经过1
×
2光波导分束器/合束器9合束进入直波导8中，阵列反射波导中的长度差使得相邻波导中的光信号具有固定的相位差，之后等相位差的光信号通过锥形波导7进入到多模干涉波导6中发生衍射效应，不同波长的光信号聚焦在多模干涉波导6的不同位置，经输出光波导的每个输出端口输出，实现解复用功能。
[0021]采用SOI晶片，基于本专利技术的器件结构与CMOS制作工艺，可以制备本专利技术提出的一种基于多模干涉波导的波分复用器。主要集成工艺流程如下：
[0022]步骤一：首先对SOI晶圆进行表面预处理：结构包含硅核本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于多模干涉波导的波分复用器，其特征在于：包括输入光波导(1)、输出光波导、多模干涉波导(6)、阵列反射波导；输入光波导(1)、输出光波导位于多模干涉波导(6)左侧且通过锥形波导(7)与多模干涉波导(6)输入端连接；多模干涉波导(6)右侧部分为阵列反射波导，阵列反射波导包括锥形波导(7)、直波导(8)和环形反射器；阵列反射波导中多模干涉波导(6)输出端通过锥型波导(7)分别连接等间距、不同长度的直波导(8)，每条直波导(8)连接一个相同设计的环形反射器，环形反射器由一个1
×
2波导分束器/合束器(9)和一段弯曲光波导(10)构成。2.根据权利要求1所述的基于多模干涉波导的波分复用器，其特征在于：所述多模干涉波导(6)用于作为波分复用器的自由传输衍射区。3.根据权利要求1所述的基于多模干涉波导的波分复用器，其特征在于：所述阵列反射波导中的模场是基于多模干涉波导的自映像原理产生的，多模干涉波导(6)产生N个自映像增强点，其中N与阵列反射波导的数目相同...
【专利技术属性】
技术研发人员：方青，江汉，张志群，刘世平，陈华，李天文，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。