【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电子，更具体地，涉及一种超宽带光学定向耦合器。
技术介绍
1、光学定向耦合器是光通信系统中的重要光学元件之一，也是光子芯片中的基础元件，它用于不同光子器件之间光信号的耦合和互联，具有非常重要的作用。
2、常规的光学定向耦合器由两根平行波导构成，通过光在不同波导之间的耦合即可实现。光能量从一根波导完全耦合进入另一波导所需的长度称为耦合长度，通常情况下耦合长度对波长很敏感，从而导致常规耦合器往往只能在较小的波长范围内(响应带宽)实现高效率的能量耦合，这限制了宽带片上光传输以及光子器件的发展。
3、因此，开发具有宽带响应的片上定向耦合器具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种超宽带光学定向耦合器，其目的在于提高定向耦合器的宽带响应。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种超宽带光学定向耦合器，包括：间隔平行设置且宽度相同的三个单模波导；
3、其中，所述三个单模波导中含有直波导和弯曲波导两种，在相邻两个直波导之间设置一个弯曲波导；
4、位于由所述三个单模波导所构成的波导结构的两端支持边界态模式的直波导端口分别作为耦合器输入口和输出口；弯曲波导作为一个调制波导，且调制波导与其相邻的其中一个直波导的中心间距d随光的传播方向的变化关系表示为：d(x)＝w+d1+δd+δd*f(π*x/l)，与其中另一个直波导的中心间距d'随光的传播方向的变化关
5、进一步，所述单模波导为条形、圆柱形、平板形或脊形。
6、进一步，其结构参数的取值是基于实际所选波导材料通过仿真确定，其中，所述结构参数包括：所述耦合器总长度，所述d1，所述d2，所述δd，所述波导宽度，以及各波导高度h；所述实际所选波导材料根据耦合器工作波段所确定。
7、进一步，当其工作波段为光频段时，通过仿真确定最优的结构参数取值，则实际结构参数的取值范围为：该最优的结构参数取值±50nm以内。
8、进一步，其波导材料在根据耦合器工作波段进行确定时基于如下原则得到：材料色散越小，宽带响应特性越好。
9、进一步，所述变化关系为：d(x)＝w+d1+δd+δd*cos(π*x/l)，d'(x)＝w+d2-δd-δd*cos(π*x/l)。
10、进一步，调制波导与两直波导在x＝0处的初始中心间距基于如下原则确定：在x＝0处调制波导与其中一直波导的中心间距为d＝w+d2，与另一直波导的中心间距为d'＝w+d1，d和d'相差越大，所述输入口和所述输出口的边界态模式光场能量越局域在单个波导，定向耦合传输效果越好。
11、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
12、(1)本专利技术针对目前定向光耦合器响应带宽较窄的问题，提出一种超宽带光学定向耦合器，其由间隔平行设置的且宽度相同的三个单模波导构成，具体设置方式为：上述三个单模波导中含有直波导和弯曲波导两种，在相邻两个直波导之间设置一个弯曲波导作为调制波导，且调制波导与其相邻的其中一个直波导的中心间距d随光的传播方向的变化关系为特定表达，用以表征弯曲结构，整个耦合器结构相对简单，可适用于不同材料和波段，可拓展性强，且经过理论分析和实验验证，本专利技术提出的耦合器响应带宽大。
13、(2)本专利技术在设计耦合器时，当待设计耦合器的工作波段为光频段时，通过仿真确定最优的结构参数取值，则该待设计耦合器的实际结构参数的取值范围可为：该最优的结构参数取值±50nm以内，经过仿真验证，在该范围内确定结构参数，均能拓宽带宽，因此本专利技术耦合器的结构冗余度较高。
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1.一种超宽带光学定向耦合器，其特征在于，包括：间隔平行设置且宽度相同的三个单模波导；
2.根据权利要求1所述的超宽带光学定向耦合器，其特征在于，所述单模波导为条形、圆柱形、平板形或脊形。
3.根据权利要求1所述的超宽带光学定向耦合器，其特征在于，其结构参数的取值是基于实际所选波导材料通过仿真确定，其中，所述结构参数包括：所述耦合器总长度，所述d1，所述d2，所述Δd，所述波导宽度，以及各波导高度h；所述实际所选波导材料根据耦合器工作波段所确定。
4.根据权利要求3所述的超宽带光学定向耦合器，其特征在于，当其工作波段为光频段时，通过仿真确定最优的结构参数取值，则实际结构参数的取值范围为：该最优的结构参数取值±50nm以内。
5.根据权利要求3所述的超宽带光学定向耦合器，其特征在于，其波导材料在根据耦合器工作波段进行确定时基于如下原则得到：材料色散越小，宽带响应特性越好。
6.根据权利要求1所述的超宽带光学定向耦合器，其特征在于，所述变化关系为：d(x)＝w+d1+Δd+Δd*cos(π*x/L)，d'(x)＝w+d2-Δ
7.根据权利要求1所述的超宽带光学定向耦合器，其特征在于，调制波导与两直波导在x＝0处的初始中心间距基于如下原则确定：在x＝0处调制波导与其中一直波导的中心间距为d＝w+d2，与另一直波导的中心间距为d'＝w+d1，d和d'相差越大，所述输入口和所述输出口的边界态模式光场能量越局域在单个波导，定向耦合传输效果越好。
...【技术特征摘要】
1.一种超宽带光学定向耦合器，其特征在于，包括：间隔平行设置且宽度相同的三个单模波导；
2.根据权利要求1所述的超宽带光学定向耦合器，其特征在于，所述单模波导为条形、圆柱形、平板形或脊形。
3.根据权利要求1所述的超宽带光学定向耦合器，其特征在于，其结构参数的取值是基于实际所选波导材料通过仿真确定，其中，所述结构参数包括：所述耦合器总长度，所述d1，所述d2，所述δd，所述波导宽度，以及各波导高度h；所述实际所选波导材料根据耦合器工作波段所确定。
4.根据权利要求3所述的超宽带光学定向耦合器，其特征在于，当其工作波段为光频段时，通过仿真确定最优的结构参数取值，则实际结构参数的取值范围为：该最优的结构参数取值±50nm以内。
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