用于光学耦合器的设备和方法技术

本发明专利技术提供了用于利用一个低约束平面光学波导和两个高约束平面光学波导实施低插入损耗光学耦合器的技术

【技术实现步骤摘要】
用于光学耦合器的设备和方法
[0001]关于联邦赞助研究或开发的声明
[0002]本专利技术是在政府支持下根据DARPA所授予的第HR0011
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C
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0018号合同完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。
[0003]相关申请的交叉引用
[0004]本申请要求提交于2022年6月17日的名称为“用于光学耦合器的设备和方法(APPARATUSES AND METHODS FOR AN OPTICAL COUPLER)”的美国申请号17/843,485的权益，该申请的内容的全文并入本文。

技术介绍

[0005]光学边缘耦合器形成在光子集成电路(IC)的边缘上并用于将外部光学信号(仅包括横电基模或横磁基模)耦合到光子IC中。常规的光学边缘耦合器用被配置为接收外部光学信号的高约束光学波导实施。使用了高约束光学波导，这是因为该高约束光学波导在用于实施非线性光部件时具有更好的非线性性质并且/或者因为该高约束光学波导准许对于线性和非线性光应用两者都有用的更低的临界弯曲半径。
[0006]然而，使用被配置为接收外部光学信号的高约束光学波导的常规的光学边缘耦合器具有相对高并因此不期望的插入损耗，这是因为由于外部光学信号具有比高约束光学波导的横截面更大的横截面，该光学边缘耦合器未捕获入射在该光学边缘耦合器上的外部光学信号的所有光学能量。

技术实现思路

[0007]提供了一种光学耦合器。该光学耦合器包括：低约束(LC)光学波导，该LC光学波导包括第一LC端、与该第一LC端相对的第二LC端，和LC光学波导的第一部分(FP)，该FP包括第一FP端、与该第一FP端相对的第二FP端，以及在该第一LC端处的第一端口和从该第一LC端延伸的第一端口中的至少一种第一端口，其中低约束光学波导意指具有小于0.25的第一约束因子的光学波导，其中该第一端口被配置为接收或发射由横电基模或横磁基模组成的第一光学信号，并且其中该
[0008]第一约束因子＝(Neff
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Ncladding)/(Ncore1
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Ncladding)，其中Neff意指波导中的光学信号的基模的有效折射率，Ncladding意指所述波导的包覆材料的折射率，并且Ncore1意指所述低约束光学波导的芯材料的折射率；第一高约束(HC)光学波导，该第一HC光学波导包括第一HC端、与该第一HC端相对的第二HC端，以及第一HC光学波导的第二部分(SP)和第三部分，其中该第二部分包括第一SP端和与该第一SP端相对的第二SP端，其中该第三部分包括第一TP端和第二TP端，其中高约束光学波导意指具有大于0.75的第二约束因子的光学波导，其中在该第一HC端与该低约束光学波导上最靠近该第一HC端的点之间的第一距离大于该第一光学信号的一个波长；其中在该低约束光学波导与该第一高约束光学波导上的最近点之间的第一渐变距离远离该第一HC端绝热地渐变得更小，使得在该第一部分与该第二部分上的最近点之间的第二距离小于该第一光学信号的该一个波长，其中该第一
部分基本上平行于该第二部分，使得在该第一部分与该第二部分之间的光学信号插入损耗小于0.1分贝，其中该第一高约束光学波导的第一宽度从该第一HC端至该第一SP端绝热地渐变得更窄，其中该第一SP端的宽度小于λ/Ncore，其中λ是该第一光学信号的波长，其中该第二SP端的宽度大于λ/Ncore，其中该
[0009]第二约束因子＝(Neff
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Ncladding)/(Ncore2
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Ncladding)，其中Ncore2意指高约束光学波导的芯材料的折射率，并且其中在该低约束光学波导与该第一高约束光学波导上的最近点之间的第二渐变距离朝向该第二LC端绝热地渐变得更大，使得在该第二LC端与该第一高约束光学波导上的最近点之间的第三距离大于该第一光学信号的该一个波长；第二高约束光学波导，该第二高约束光学波导包括第三HC端、与该第三HC端相对的第四HC端，和第二HC光学波导的第四部分(FthP)，该FthP包括第一FthP端和与该第一FthP端相对的第二FthP端，其中该第四部分基本上平行于该第三部分，使得在该第二部分与该第三部分之间的光学信号插入损耗小于0.1分贝，其中该第二高约束光学波导的第二宽度从该第一FthP端至该第二FthP端绝热地渐变得更宽，其中该第一FthP端的宽度小于λ/K*Ncore，其中该第二FthP端的宽度大于λ/K*Ncore，并且其中K是大于一的常数，其中在该第三HC端与该第一高约束光学波导上的最近点之间的第四距离大于该第一光学信号的一个波长；其中在该第二高约束光学波导与该第一高约束光学波导上的最近点之间的第三渐变距离远离该第三HC端绝热地渐变得更小，使得在该第三部分与该第四部分之间的第五距离小于该第一光学信号的该一个波长，并且其中在该第一高约束光学波导与该第二高约束光学波导之间的第四渐变距离朝向该第二HC端绝热地渐变得更大，使得在该第二HC端与该第二高约束光学波导上的最近点之间的第六距离大于该第一光学信号的该一个波长；基片，其中该LC光学波导、该第一HC光学波导和该第二HC光学波导在该基片上方；并且其中该第四HC端被配置为相应地发射或接收相应地由横电基模或横磁基模组成的该第一光学信号；其中该LC光学波导、该第一HC光学波导和该第二HC光学波导是平面光学波导。
[0010]提供了一种光学耦合器。该光学耦合器包括：第一平面光学波导，该第一平面光学波导包括光学波导的第一部分以及第一端，并且其中该第一端被配置为接收或发射由横电基模或横磁基模组成的第一光学信号；第二平面光学波导，该第二平面光学波导包括光学波导的第二部分，其中该第二部分和该第一部分被配置为交换相应地由横电或横磁组成的高阶模光学信号，并且其中高阶意指大于一的阶；第三平面光学波导，该第三平面光学波导包括光学波导的第三部分以及第二端，其中该第三部分和该第二部分被配置为交换相应地由该横电基模或该横磁基模组成的光学信号，并且其中该第二端被配置为相应地发射或接收相应地由该横电基模或该横磁基模组成的该第一光学信号；和基片，其中该第一平面光学波导、该第二平面光学波导和该第三平面光学波导在该基片上方；其中该光学耦合器的插入损耗小于0.2分贝。
[0011]提供了一种将由横电基模或横磁基模组成的光学能量光学地耦合到高约束光学波导中和从该高约束光学波导光学地耦合出的方法。该方法包括：在第一平面光学波导的第一端口处接收由该横电基模或该横磁基模组成的第一光学信号；将相应地由高阶横电模或高阶横磁模组成的第一光学信号从该第一平面光学波导光学地耦合到第二光学波导中；以及将相应地由该横电基模或该横磁基模组成的该第一光学信号从第二平面光学波导光学地耦合到第三平面光学波导中；其中该第二平面光学波导包括第一高约束平面波导；其
中该第一平面光学波导包括低约束平面波导或第二高约束平面波导；其中该第三平面光学波导相应地包括该第二高约束平面波导或该低约束平面波导；其中低约束平面波导意指具有小于0.2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学耦合器，所述光学耦合器包括：低约束(LC)光学波导，所述LC光学波导包括第一LC端、与所述第一LC端相对的第二LC端，和LC光学波导的第一部分(FP)，所述FP包括第一FP端、与所述第一FP端相对的第二FP端，以及在所述第一LC端处的第一端口和从所述第一LC端延伸的第一端口中的至少一种第一端口，其中低约束光学波导意指具有小于0.25的第一约束因子的光学波导，其中所述第一端口被配置为接收或发射由横电基模或横磁基模组成的第一光学信号，并且其中所述第一约束因子＝(Neff
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Ncladding)/(Ncore1
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Ncladding)，其中Neff意指波导中的光学信号的基模的有效折射率，Ncladding意指所述波导的包覆材料的折射率，并且Ncore1意指所述低约束光学波导的芯材料的折射率；第一高约束(HC)光学波导，所述第一HC光学波导包括第一HC端、与所述第一HC端相对的第二HC端，以及第一HC光学波导的第二部分(SP)和第三部分，其中所述第二部分包括第一SP端和与所述第一SP端相对的第二SP端，其中所述第三部分包括第一TP端和第二TP端，其中高约束光学波导意指具有大于0.75的第二约束因子的光学波导，其中在所述第一HC端与所述低约束光学波导上最靠近所述第一HC端的点之间的第一距离大于所述第一光学信号的一个波长；其中在所述低约束光学波导与所述第一高约束光学波导上的最近点之间的第一渐变距离远离所述第一HC端绝热地渐变得更小，使得在所述第一部分与所述第二部分上的最近点之间的第二距离小于所述第一光学信号的所述一个波长，其中所述第一部分基本上平行于所述第二部分，使得在所述第一部分与所述第二部分之间的光学信号插入损耗小于0.1分贝，其中所述第一高约束光学波导的第一宽度从所述第一HC端至所述第一SP端绝热地渐变得更窄，其中所述第一SP端的宽度小于λ/Ncore，其中λ是所述第一光学信号的波长，其中所述第二SP端的宽度大于λ/Ncore，其中所述第二约束因子＝(Neff
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Ncladding)/(Ncore2
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Ncladding)，其中Ncore2意指高约束光学波导的芯材料的折射率，并且其中在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：