用于多芯光纤的紧凑型双偏振耦合器制造技术

一种用于将多芯光纤(105)的多个芯(160)耦合至集成光子器件的光纤耦合器(135)，包括光栅阵列，该光栅数组包括以对应于多芯光纤(105)中的多个芯(160)的方式布置的多个偏振分光光栅(180)。光纤耦合器(135)还包括从多个偏振分光光栅(180)的每个偏振分光光栅的第一侧和第二侧延伸的第一模转换器和第二模转换器(235,240)，以接收由偏振分光光栅(180)散射的光学信号的第一偏振模式和第二偏振模式。多个波导(145

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于多芯光纤的紧凑型双偏振耦合器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于35U.S.C.
§
119要求于2021年2月5日提交的美国临时申请第63/146,260号的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用的方式整体并入本文。


[0003]本公开内容涉及光纤耦合器，并且更具体地，涉及用于多芯光纤的光栅耦合器。

技术介绍

[0004]在数据中心及光学网络中运用光纤传输系统以光学地连接多个不同的光学装置。为了增加此类光纤传输系统的容量，已研究了包含多芯光纤的各种空分复用技术。若来自芯中的全部芯的光能有效率地耦合，则采用如此多芯光纤为最有益的。例如，若来自多芯光纤的光被传输至集成光子器件(诸如光子集成电路)，则光栅耦合器可被用于将多芯光纤的每个芯耦合至光子集成电路的波导。现有的光栅耦合器可包含用于将来自多芯光纤的每个芯的光学信号引导至波导的一个波导的光栅及波导锥形体。此类现有的光栅及波导锥形体在结构上与特定多芯光纤不兼容。若多芯光纤中的芯到芯间隔距离太小，例如，现有的光栅及波导锥体组合可能过于庞大，无法有效率地将来自每个芯的两种偏振模式的光耦合至单独的波导。因此，现有的光栅耦合器可能会致使光学信号中的偏振多样性的损失，这对于高端通信系统而言为不可接受的。

技术实现思路

[0005]本公开内容的第一方面包含光学系统，光学系统包括：多芯光纤，多芯光纤包括多个芯；以及光纤耦合器。光纤耦合器包括光栅阵列，光栅阵列包括设置在基板上的多个偏振分光光栅。多个偏振分光光栅以对应于多芯光纤中的多个芯以接收来自多个芯中的一个芯的光学信号中的方式布置。多个偏振分光光栅包括的偏振分光光栅的数量小于或等于多芯光纤的芯的数量。光纤耦合器还包括第一模转换器，其从多个偏振分光光栅的每个偏振分光光栅的第一侧延伸以接收由偏振分光光栅散射的光学信号的第一偏振模式；第二模转换器，其从多个偏振分光光栅的每个偏振分光光栅的第二侧延伸，以接收由偏振分光光栅散射的光学信号的第二偏振模式；以及多个波导，其从模转换器的每个模转换器的端部延伸以引导光学信号的一个光学信号的单个偏振模式。
[0006]本公开内容的第二方面包含根据第一方面的光学系统，其中多个芯中的毗邻芯彼此通过小于或等于45μm的最小芯到芯间隔距离隔开。
[0007]本公开内容的第三方面包含根据第一至第二方面中任一项的光学系统，其中多芯光纤包括小于或等于125μm的总直径。
[0008]本公开内容的第四方面包含根据第一至第三方面中任一项的光学系统，其中多芯光纤包括至少2个芯，使得4个偏振模式由从每个模转换器的端部延伸的多个波导引导。
[0009]本公开内容的第五方面包含根据第一至第四样中任一项的光学系统，其中多芯光纤包括至少5个芯，使得10个偏振模式由从每个模转换器的端部延伸的多个波导引导。
[0010]本公开内容的第六方面包含根据第一至第五方面中任一项的光学系统，其中多个芯中的相邻芯彼此由小于或等于35μm的最小芯到芯间隔距离隔开。
[0011]本公开内容的第七方面包含根据第一至第六方面中任一项的光学系统，其中多个偏振分光光栅的第一侧及第二侧与多个芯中的每个芯的模式场直径至少一样长。
[0012]本公开内容的第八方面包含根据第一至第七方面中任一项的光学系统，其中模场直径大于或等于5μm且小于或等于25μm。
[0013]本公开内容的第九方面包含根据第一至第八方面中任一项的光学系统，其中从多个偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅延伸的第一模转换器及第二模转换器包括在垂直于第一偏振模式及第二偏振模式的传播方向的方向上的尺寸，该尺寸小于或等于模式场直径的1.2倍。
[0014]本公开内容的第十方面包含根据第一至第九方面中任一项的光学系统，其中从多个偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅延伸的第一模转换器及第二模转换器包括在第一偏振模式及第二偏振模式的所述传播方向上的尺寸，该尺寸小于或等于模式场直径。
[0015]本公开内容的第十一方面包含根据第一至第十方面中任一项的光学系统，其中每个偏振分光光栅以及从其延伸的第一模转换器及第二模转换器包括小于或等于250μm2的结合横截面积。
[0016]本公开内容的第十二方面包含根据第一至第十一方面中任一项的光学系统，其中光栅阵列的相邻偏振分光光栅的中心彼此由最小光栅间隔距离隔开，所述最小光栅间隔距离对应至多个芯的间隔。
[0017]本公开内容的第十三方面包含根据第一至第十二方面中任一项的光学系统，其中多个波导的每个波导与多个波导中的其他波导由至少500nm的最小波导间隔距离隔开。
[0018]本公开内容的第十四方面包含根据第一至第十三方面中任一项的光学系统，其中多个波导被弯曲使得多个波导延伸至光栅阵列的外侧。
[0019]本公开内容的第十五方面包含根据第一至第十四方面中任一项的光学系统，其中多个波导中的至少一个波导被弯曲，使得在光栅阵列的外侧，所述至少一个波导的延伸方向在模转换器端部相对于最初的延伸方向改变至少90
°
。
[0020]本公开内容的第十六方面包含根据第一至第十五方面中任一项的光学系统，其中多个波导中的至少一个波导在光栅阵列内的偏振分光光栅中的两个偏振分光光栅之间延伸。
[0021]本公开内容的第十七方面包含根据第一至第十六方面中任一项的光学系统，其中光学信号的每个偏振模式以大于或等于
‑
6.0dB耦合效率耦合至多个波导中的一个波导中。
[0022]本公开内容的第十八方面包含根据第一至第十七方面中任一项的光学系统，其中光学信号的每个偏振模式以大于或等于
‑
10dB且小于或等于
‑
0.5dB的耦合效率耦合至多个波导中的一个波导中。
[0023]本公开内容的第十九方面包含根据第一至第十八方面中任一项的光学系统，其中光纤耦合器在1550nm附近以大于或等于50nm的3dB耦合效率带宽，耦合多个波导中每个光学信号的两种偏振模式。
[0024]本公开内容的第二十方面包含根据第一至第十九方面中任一项的光学系统，其中从偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅延伸的第一模转换器及第二模转换器中的每个模转换器包括沿着弯曲的轮廓延伸的多个纳米结构，所述弯曲的轮廓朝着从模转换器延伸的波导延伸。
[0025]本公开内容的第二十一方面包含根据第一至第二十方面中任一项的光学系统，其中多个纳米结构包括100nm的最小特征尺寸。
[0026]本公开内容的第二十二方面包含用于将多芯光纤耦合至光子器件的光学装置，包括。光学装置包括偏振分光光栅，其被设置在基板上，偏振分光光栅在第一传播方向上将第一偏振模式的光朝向偏振分光光栅的第一侧引导，在第二传播方向上将第二偏振模式的光朝向偏振分光光栅的第二侧引导。第一侧及第二侧的长度大于或等于10μm且小于或等于15μm。光学装置还包含从偏振分光光栅的第一侧及第二侧延伸的第一侧及第二模转换器，第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学装置，包括：多芯光纤，所述多芯光纤包括多个芯；以及光纤耦合器，包括：光栅阵列，所述光栅阵列包括设置在基板上的多个偏振分光光栅，所述多个偏振分光光栅以对应于所述多芯光纤中的所述多个芯的方式布置，以接收来自所述多个光纤中的一个光纤的光学信号，其中，所述多个偏振分光光栅包括的偏振分光光栅的数量小于或等于所述多芯光纤的芯的数量；第一模转换器，所述第一模转换器从所述多个偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅的第一侧延伸，以接收由所述偏振分光光栅散射的所述光学信号的第一偏振模式；第二模转换器，所述第二模转换器从所述多个偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅的第二侧延伸，以接收由所述偏振分光光栅散射的所述光学信号的第二偏振模式；以及多个波导，所述多个波导从模转换器中的每个模转换器的端部延伸以引导所述光学信号中的一个光学信号的单个偏振模式。2.如权利要求1所述的光学装置，其中所述多个芯中的相邻芯彼此由小于或等于45μm的最小芯到芯间隔距离隔开。3.如权利要求1所述的光学装置，其中所述多芯光纤包括小于或等于125μm的总直径。4.如权利要求1所述的光学装置，其中所述多芯光纤包括至少2个芯，使得4个偏振模式由从每个模转换器的所述端部延伸的所述多个波导引导。5.如权利要求1所述的光学装置，其中所述多芯光纤包括至少5个芯，使得10个偏振模式由从每个模转换器的所述端部延伸的所述多个波导引导。6.如权利要求1所述的光学装置，其中所述多个芯中的相邻芯彼此由小于或等于35μm的最小芯到芯间隔距离隔开。7.如权利要求1所述的光学装置，其中所述多个偏振分光光栅的所述第一侧和所述第二侧与所述多个芯中的每个芯的模场直径至少一样长。8.如权利要求7所述的光学装置，其中所述模场直径大于或等于5μm且小于或等于25μm。9.如权利要求7所述的光学装置，其中从所述多个偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅延伸的所述第一模转换器和第二模转换器包括在垂直于所述第一偏振模式和第二偏振模式的传播方向的方向上的尺寸，所述尺寸小于或等于所述模场直径的1.2倍。10.如权利要求9所述的光学装置，其中从所述多个偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅延伸的所述第一模转换器和第二模转换器包括在所述第一偏振模式和第二偏振模式的所述传播方向上的尺寸，所述尺寸小于或等于所述模场直径。11.如权利要求1所述的光学装置，其中每个偏振分光光栅以及从其延伸的所述第一模转换器何第二模转换器包括小于或等于250μm2的结合横截面积。12.如权利要求1所述的光学装置，其中所述光栅阵列的相邻偏振分光光栅的中心彼此由最小光栅间隔距离隔开，所述最小光栅间隔距离对应于所述多个芯的间隔。13.如权利要求1所述的光学装置，其中所述多个波导中的每个波导与所述多个波导中的其他波导由至少500nm的最小波导间隔距离隔开。14.如权利要求1所述的光学装置，其中所述多个波导被弯曲使得所述多个波导延伸至
所述光栅阵列的外侧。15.如权利要求1所述的光学装置，其中所述多个波导中的至少一个波导被弯曲，使得在所述光栅阵列的外侧，所述至少一个波导的延伸方向在模转换器端部相对于最初的延伸方向改变至少90
°
。16.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述多个波导中的至少一个波导在所述光栅阵列内的两个偏振分光光栅之间延伸。17.如权利要求1所述的光学装置，其中所述光学信号的每个偏振模式以大于或等于
‑
6.0dB的耦合效率耦合至所述多个波导中的一个波导中。18.如权利要求1所述的光学装置，其中所述光学信号的每个偏振模式以大于或等于
‑
10dB且小于或等于
‑
0.5dB的耦合效率耦合至所述多个波导中的一个波导中。19.如权利要求1所述的光学装置，其中所述光纤耦合器在1550nm附近以大于或等于50nm的3dB耦合效率带宽耦合所述多个波导中的每个光学信号的两种偏振模式。20.如权利要求1所述的光学装置，其中从所述偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅延伸的所述第一模转换器和第二模转换器中的每个模转换器包括沿着弯曲的轮廓延伸的多个纳米结构，所述弯曲的轮廓朝着从所述模转换器延伸的所述波导延伸。21.如权利要求10所述的光学装置，其中所述多个纳米结构包括100nm的最小特征尺寸。22.一种用于将多芯光纤耦合至光子器件的光学装置，包括：基板；...

【专利技术属性】
技术研发人员：小保罗，
申请(专利权)人：坎皮纳斯州立大学，
类型：发明
国别省市：