一种1制造技术

本发明专利技术公开了一种1

【技术实现步骤摘要】
一种1
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N任意分光比型分光器及方法


[0001]本专利技术属于分光器
，具体涉及一种宽带、低损耗的1
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N任意分光比型分光器及利用该分光器来实现任意形状光输出的方法。

技术介绍

[0002]分光器是光通信高速发展中不可缺少的光无源器件，作为无源光纤网络的核心器件之一，分光器可以将信号均匀的分配给用户，是实现网络和用户之间的“最后一公里”的关键，在光通信系统、光纤用户网、光无源网络(PON)、光局域网等领域中应用广泛。同时还是作为构建高密度集成芯片的基础功能元件之一，被广泛应用于光开关、波分复用、光学相控阵、轨道角动量光产生、量子计算等复杂光子系统的组成。
[0003]当前多通道分光器主要通过平面波导工艺来制作，主要有基于级联1
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2型、MMI多模干涉型以及星型耦合器三种方案。基于级联型的方案存在的问题主要是尺寸太大且设计相对较复杂，为了实现想要的光能量输出，需要仔细设计每一级的结构，而且上一级的分光误差会直接影响相连下一级的光输出；虽然这种方案能够保持级联单元的优异性能，但是器件的尺寸、损耗和设计复杂度是和输出通道数量呈正比的。而基于MMI多模干涉型结构的方案则通过更大尺寸的干涉区域实现多路输出，该方案在输出通道不多的情况下被广泛用于构建复杂光子网络，不过由于输出通道数量和干涉成像区域大小成正比，因此要获得更多的通道数量(N>16)，器件尺寸就会变得庞大，不利于高密度集成；第三种方案则是采用星型耦合器来实现，利用阵列波导耦合经自由传播区域(FPR)的光从而实现多路通道输出。其优点是当输出数量大幅增加时，器件的尺寸并不会显著增大，但是输出的光能量分布通常呈现高斯型，难以实现所有通道能量相等。
[0004]另外，和传统的等功率分配器相比，不同类型的光功率分配更适用于在某些特定环境下的光学系统，例如在光反馈系统、非线性转换、量子计算或者光信号处理中，因此能够设计一种简单的、多样化输出的集成分光器将会显得非常重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种带宽大、损耗低的1
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N任意分光比型分光器及利用该分光器来实现任意形状光输出的方法，在保证结构紧凑的同时，解决插入损耗高，工作带宽小等问题，还能够根据不同需求设计出所需的输出端光能量分布，为未来高密度集成化的复杂光子芯片系统的设计奠定基础。
[0006]实现上述目的的技术方案是：
[0007]一种1
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N任意分光比型分光器，包括输入波导、第一级锥形波导、第二级锥形波导、弦形波导、不同宽度接收波导阵列、斜直波导、弯曲补偿波导、直波导；其中，所述输入波导、第一级锥形波导、第二级锥形波导、弦形波导、不同宽度接收波导阵列、斜直波导、弯曲补偿波导、直波导依次相连，所述弦形波导用于匹配第二级锥形波导末端输出光所具有的角度，所述弯曲补偿波导用于调整各个通道之间的间隔，通过调节第一级锥形波导和第二
级锥形波导的初始宽度和长度以及末端宽度和长度可获得矩形分布或其它类型分布的光输出，通过调整不同宽度接收波导阵列中波导的宽度对所述矩形分布的光进行切分可获得相同能量分光或者其它类型分光。
[0008]进一步的，所述第一级锥形波导和第二级锥形波导通过非对称性设计来调节输入光的入射方向，结合不同宽度接收波导阵列耦合后分光，实现低损耗大带宽下任意类型的光输出。
[0009]进一步的，第二级锥形波导中的光束与侧面边界法线的夹角要比常规MMI结构中的光束与侧面边界法线的夹角大。
[0010]进一步的，所述弦形波导以第二级锥形波导对应的三角形的起始点为圆心，与第二级锥形波导末端相连；对应圆半径为：sqrt((L2+L_ref)^2+Wot3^2/4)，其中L2为第二级锥形波导的长度，L_ref为第二级锥形波导延伸为三角形所需的长度，Wot3为第二级锥形波导末端的宽度。所述第二级锥形波导不止可以获得稳定的矩形光分布，适当调整结构参数后，还可以获得单峰、双峰、多峰等其它各种类型的光分布，利用长度相同、宽度不同的接收波导阵列耦合后分光，可以实现任意类型的光输出。
[0011]进一步的，所述不同宽度接收波导阵列由一系列宽度不同、长度相同的锥形波导组成。
[0012]进一步的，还包括渐变深度区，所述渐变深度区和不同宽度接收波导阵列沿着圆曲线与弦形波导末端相连，用于使经过第二级锥形波导后的光在不同宽度接收波导阵列中传输时的模场是渐变的。
[0013]进一步的，还包括辅助波导，所述辅助波导用于收集第二级锥形波导输出光的边缘能量，使收集后的光直接送入相邻通道。
[0014]进一步的，通过调整结构实现光在第二级锥形波导中稳定的传输后，在不改变第二级锥形波导初始宽度大小的条件下保持末端宽度和长度的比值不变，通过改变第二级锥形波导的大小，依然能够获得相似的光分布，有助于获得更多通道数的输出。
[0015]利用所述1
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N任意分光比型分光器的实现任意形状光输出的方法，包括：
[0016]步骤(1)：针对所需光输出为对称分布的，将第一级锥形波导设置为对称结构，用来减小入射光的发散角；针对所需光输出为不对称分布的，调节第一级锥形波导末端相对于对称中心的偏移量大小来逐步调节输入光的入射方向实现非对称调节；
[0017]步骤(2)：设置第二级锥形波导与第一级锥形波导的对称中心相同，调整第二级锥形波导的长度和宽度以及对称性来实现光在结构中稳定的传输；其中，光在结构中保持稳定的传输是实现大带宽下任意类型的光输出稳定性的重要因素。
[0018]步骤(3)：设置弦形波导的长度与第二级锥形波导末端的宽度匹配，利用算法对输出光的包络进行积分后，并根据所需的光强度分布计算得到对应接收波导的不同宽度；将长度相同、宽度不同的锥形接收波导阵列沿着弦形波导末端排布，每根接收波导延伸后均通过弦形波导所对应圆的圆心，即对步骤(2)中稳定的光分布进行耦合输出，将不同强度的光分到N路通道中去；
[0019]步骤(4)：利用斜直波导和不同半径的弯曲补偿波导的组合实现波导等间隔输出。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021]本专利技术通过调节第一级和第二级锥形波导的长度和宽度以及锥形接收波导阵列
的宽度可以改变输出端光能量分布，实现通道相同或者不同能量的光输出；和级联型以及多模干涉型分光的方案相比，不仅极大的降低了整体芯片的尺寸，简化了设计，还能够实现大通道下多样化的光输出；而边缘所引入的辅助波导和渐变深度区有利于降低芯片的额外损耗和耦合损耗，使得整体芯片的插入损耗很小；另外该结构在分光前可以稳定地保持近似矩形分布或者其它类型分布，使得器件各通道的光能量波动可以在大带宽内保持在较低值；从工艺上来说，本专利技术的分光器结构可以利用通信中广泛使用的波分复用器件AWG的加工工艺，中间不会增加其它难度，更适合技术迁移，实现大规模生产。
附图说明
[0022]图1是1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种1
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N任意分光比型分光器，其特征在于，包括输入波导、第一级锥形波导、第二级锥形波导、弦形波导、不同宽度接收波导阵列、斜直波导、弯曲补偿波导、直波导；其中，所述输入波导、第一级锥形波导、第二级锥形波导、弦形波导、不同宽度接收波导阵列、斜直波导、弯曲补偿波导、直波导依次相连，所述弦形波导用于匹配第二级锥形波导末端输出光所具有的角度，所述弯曲补偿波导用于调整各个通道之间的间隔，通过调节第一级锥形波导和第二级锥形波导的初始宽度和长度以及末端宽度和长度可获得矩形分布或其它类型分布的光输出，通过调整不同宽度接收波导阵列中波导的宽度对所述矩形分布的光进行切分获得相同能量分光或者其它类型分光。2.根据权利要求1所述的一种1
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N任意分光比型分光器，其特征在于，所述第一级锥形波导和第二级锥形波导通过非对称性设计来调节输入光的入射方向，结合不同宽度接收波导阵列耦合后分光，实现低损耗大带宽下任意类型的光输出。3.根据权利要求1所述的一种1
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N任意分光比型分光器，其特征在于，还包括渐变深度区，所述渐变深度区和不同宽度接收波导阵列沿着圆曲线与弦形波导末端相连，用于使经过第二级锥形波导后的光在不同宽度接收波导阵列中传输时的模场是渐变的。4.根据权利要求1所述的一种1
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N任意分光比型分光器，其特征在于，还包括辅助波导，所述辅助波导用于收集第二级锥形波导输出光的边缘能量，使收集后的光直接送入相邻通道。5.根据权利要求1所述的一种1
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N任意分光比型分光器，其特征在于，所述不同宽度接收波导阵列由一系列宽度不同、长度相同的锥形波导组成。6.根据权利要求1所述的一种1
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N任意分光比型分光器，其特征在于，第二级锥形波导中的光束与侧面边界法线的夹角要比常规MMI结构中的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晋平，朱壮壮，林栋，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：