脊波导耦合的Y型分支器和由其构成的1×N分支器制造技术

本发明专利技术公开了一种脊波导耦合的Y型分支器和由其构成的1×N分支器。所述Y型分支器从输入到输出依次由输入渐变脊波导结构、输出渐变脊波导结构和分支脊波导结构组成，三个结构的平板层均连通。输出渐变脊波导结构的两支输出波导脊的波导轴分别与输入渐变脊波导结构的输入波导脊的波导轴成一定张角，且两个结构的三个波导脊互不连通。输入波导脊的宽度变化率同时与两支输出波导脊的宽度变化率和张角相对应，即当输入波导脊宽度变化率较大时，两支输出波导脊的宽度变化率和张角也相应较大，反之亦然。所述1×N分支器由N-1个所述脊波导耦合的Y型分支器级联构成。与现有技术相比，本发明专利技术公开的技术可以降低分支结处的额外损耗，减小器件尺寸。

【技术实现步骤摘要】
脊波导耦合的Y型分支器和由其构成的1×N分支器
本专利技术涉及一种集成光电子器件，特别是一种脊波导耦合的Y型分支器和由其构成的1×N的分支器。
技术介绍
以绝缘衬底上的硅SOI为基片的光波导和平面光集成回路PLC，可以帮助降低光芯片的成本，并实现多功能单片集成，而其中“Y型分支器”是光波导和PLC中一种运用广泛的分流结构。在基于SOI或其他高材料折射率对比的光波导和PLC中，光在行进到分支结处时，光波会被忽然出现在前方的二氧化硅或其他低折射率材料散射，在分支结处产生较大的额外损耗。通用的以二氧化硅为基片的Y型分支器的额外损耗小于0.5dB，而一个典型的基于SOI的Y型分支器的额外损耗大于1dB，可见如何降低这一额外损耗是构造低损耗器件的难题。公开号为CN101546014A的专利申请提出了模式渐变原理的大宽带Y型分支器，其结构包含一条渐变输入光波导和两条S型锥形输出光波导，三条波导完全不连通。这个Y型分支器试图利用模式耦合渐变原理降低传统Y型分支器由于支节处尖角的光刻限制而形成的额外损耗，但其结构严重不合理并不适用于高折射率对比材料，由于三条波导完全不连通，除非尺寸极小，高折射率对比材料波导无法发生有效耦合，而S型锥形光波导这种简单的结构，使器件性能很难优化，此外模式耦合渐变要求很长的耦合距离，这要求S型的曲率小，而小的S型曲率又无法满足Y分支张开的要求。
技术实现思路
本专利技术酝酿成形于2006年12月，本专利技术的目的是提供一种脊波导耦合的Y型分支器和由其构成的1×N分支器，通过波导脊型结构的精巧设计，使光场可以通过连通的平板层实现无散射的分流和分离，以降低Y型分支器中分支结构分支结处的散射损耗，并减小器件结构尺寸。本专利技术采用以下技术方案实现：一种脊波导耦合的Y型分支器，由脊波导结构组成，所述脊波导结构由在高折射率材料的平板层上制作脊型结构并覆盖低折射率材料而形成；所述Y型分支器从输入到输出依次由输入渐变脊波导结构、输出渐变脊波导结构和分支脊波导结构组成；所述输入渐变脊波导结构由输入波导脊和平板层组成，所述输入波导脊从起始端到结束端宽度由宽逐渐变窄，且结束端的宽度不大于其平板层的高度；所述输出渐变脊波导结构由两支输出波导脊和平板层组成，所述两支输出波导脊分列所述输入波导脊的两侧，其宽度从起始端到结束端由窄逐渐变宽，且起始端的宽度不大于其平板层的高度，所述两支输出波导脊的波导轴分别与所述输入波导脊的波导轴成一定张角；所述分支脊波导结构由两支分支波导脊和平板层组成，所述两支分支波导脊分别与所述两支输出波导脊相连；所述输入渐变脊波导结构、输出渐变脊波导结构和分支脊波导结构的平板层连通，且各个平板层的高度相同，而所述输入渐变脊波导结构的波导脊和所述输出渐变脊波导结构的波导脊不连通，且各波导脊之间由沟槽隔离；所述输入波导脊的宽度变化率与所述两支输出波导脊的宽度变化率和张角相对应，即当所述输入波导脊宽度变化率较大时，所述两支输出波导脊的宽度变化率和张角也相应较大。如前所述的脊波导耦合的Y型分支器，在一些实施例中，所述两支输出波导脊的波导轴与输入波导脊的波导轴之间的张角为零。如前所述的脊波导耦合的Y型分支器，所述两支输出波导脊关于所述输入波导脊的波导轴对称或者不对称。如前所述的脊波导耦合的Y型分支器所述两支输出波导脊的波导轴与输入光场在其起始端处的波前法线方向一致，或者所述两支输出波导脊的波导轴上任意一点的切线方向与输入光场在该点处的波前法线方向始终一致。如前所述的脊波导耦合的Y型分支器，当所述两支输出波导脊的起始端位于所述输入波导脊的起始端和结束端之间时，前述各沟槽底部到各平板层的垂直距离与其下方的平板层高度相等或者不相等，且隔离所述输入波导脊和所述两支输出波导脊的沟槽关于所述输入波导脊的波导轴对称或者不对称。所述各沟槽底部到所述各平板层底部的垂直距离沿光传播方向一致或者变化。当所述垂直距离沿光传播方向变化时，其变化趋势为先增大后减小。如前所述的脊波导耦合的Y型分支器，所述两支输出波导脊的起始端也可以与所述输入波导脊的结束端在同一与光传播方向垂直的截面上。如前所述的脊波导耦合的Y型分支器，其中，所述输入波导脊的边缘和与其相邻的所述两支输出波导脊边缘平行或者不平行。一种由前述的脊波导耦合的Y型分支器构成的1×N分支器，其中，所述1×N分支器由N-1个所述Y型分支器级联构成。本专利技术公开的技术方案，其有益效果包括：1、降低了分支结处的额外损耗，且本专利技术结构对偏振和波长均不敏感，其性能可与常用低折射率对比材料的集成光路相媲美。本专利技术公开的Y型分支器的光场能量转移是通过连通三个脊波导结构的平板层实现，散射损耗少。当光波在本专利技术的分支器结构中传播时，在输入渐变脊波导结构和输出渐变脊波导结构的相互配合下，光场能量在输入渐变脊波导结构的脊区所占的比例逐渐减小，分布在平板层的光场能量比例逐渐增加，并且光场在平板层的横向宽度逐渐扩大，光场能量通过平板层逐渐进入输出渐变脊波导结构，最终成为输出渐变脊波导的导模输出。在这一过程中，输入渐变脊波导结构脊区的光场能量会逐渐转移到平板层，在输入波导脊结束端处，输入渐变脊波导结构脊区的光场能量所占比例已经很小，因此减少了输入波导脊结束端处光波前方的忽然出现的二氧化硅或其他低折射率材料对整个光场的散射，降低了分支结处的额外损耗。2、有利于波导尺寸的减小。输入波导脊的宽度变化率与两支输出波导脊的宽度变化率和张角相对应。当输入波导脊脊宽变化率大时，所述两支输出波导脊的宽度变化率和所述张角也相应较大，因此器件尺寸相应较小。反之，所述两支输出波导脊的宽度变化率和张角则相应较小，器件尺寸相应较大。所述输入波导脊和输出波导脊之间的沟槽，其底部到平板层底部的垂直距离影响着本专利技术的分支器结构的光场能量转移速度及输出光场的两个光斑的分开速度。在光场能量开始经平板层从输入渐变脊波导结构转移到输出渐变脊波导结构时，增大所述垂直距离能使光场能量更快地转移到输出渐变脊波导结构，在大部分光场能量转移到输出渐变脊波导结构时减小所述垂直距离，能使输出渐变脊波导结构中光场的两个光斑能快速分开，并成为输出渐变脊波导结构的导模，再经分支脊波导结构输出，因此相对于沟槽底部到各平板层底部的垂直距离与其下方的平板层高度相等的情况，整个器件的结构尺寸能得到较大幅度地减小。附图说明图1是本专利技术公开的脊波导耦合的Y型分支器的一个实施例的示意图。图2是图1所示脊波导耦合的Y型分支器的俯视图。图3(a)-(c)是对应图1脊波导耦合的Y型分支器光传输方向上a-c处横截面的光场分布图。图4给出了常见脊波导的截面结构示意图。图5是图4所示的脊波导不同尺寸对应的横截面光场分布图。图6是本专利技术公开的Y型分支器在图1中b截面处的横截面示意图。图7是本专利技术公开的脊波导耦合的Y型分支器的第二个实施例的示意图。图8是本专利技术公开的脊波导耦合的Y型分支器的第三个实施例的示意图。图9是本专利技术公开的脊波导耦合的Y型分支器构成的1×N分支器的俯视图，以1×4为例。具体实施方式下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术进行详细地说明：图1给出了本专利技术的Y型分支器一个实施例。图1所示的Y型分支器是在SOI晶圆片上或其他高折射率材料的平板层上制作脊型结构，并覆盖SiO2或其他低折射率材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脊波导耦合的Y型分支器，其特征在于：所述Y型分支器由脊波导结构组成，所述脊波导结构由在高折射率材料的平板层上制作脊型结构并覆盖低折射率材料而形成；所述Y型分支器从输入到输出依次由输入渐变脊波导结构、输出渐变脊波导结构和分支脊波导结构组成；所述输入渐变脊波导结构由输入波导脊和平板层组成，所述输入波导脊从起始端到结束端宽度由宽逐渐变窄，且结束端的宽度不大于其平板层的高度；所述输出渐变脊波导结构由两支输出波导脊和平板层组成，所述两支输出波导脊分列所述输入波导脊的两侧，其宽度从起始端到结束端由窄逐渐变宽，且起始端的宽度不大于其平板层的高度，所述两支输出波导脊的波导轴分别与所述输入波导脊的波导轴成一定张角；所述分支脊波导结构由两支分支波导脊和平板层组成，所述两支分支波导脊分别与所述两支输出波导脊相连；所述输入渐变脊波导结构、输出渐变脊波导结构和分支脊波导结构的平板层连通，且各个平板层的高度相同，而所述输入渐变脊波导结构的波导脊和所述输出渐变脊波导结构的波导脊不连通，且各波导脊之间由沟槽隔离；所述输入波导脊的宽度变化率与所述两支输出波导脊的宽度变化率和张角相对应，即当所述输入波导脊宽度变化率较大时，所述两支输出波导脊的宽度变化率和张角也相应较大，反之亦然。...

【技术特征摘要】
2011.07.05 CN 201110186876.61.一种脊波导耦合的Y型分支器，其特征在于：所述Y型分支器由脊波导结构组成，所述脊波导结构由在高折射率材料的平板层上制作脊型结构并覆盖低折射率材料而形成；所述Y型分支器从输入到输出依次由输入渐变脊波导结构、输出渐变脊波导结构和分支脊波导结构组成；所述输入渐变脊波导结构由输入波导脊和平板层组成，所述输入波导脊从起始端到结束端宽度由宽逐渐变窄，且结束端的宽度不大于其平板层的高度；所述输出渐变脊波导结构由两支输出波导脊和平板层组成，所述两支输出波导脊分列所述输入波导脊的两侧，其宽度从起始端到结束端由窄逐渐变宽，且起始端的宽度不大于其平板层的高度，所述两支输出波导脊的波导轴分别与所述输入波导脊的波导轴成一定张角；所述分支脊波导结构由两支分支波导脊和平板层组成，所述两支分支波导脊分别与所述两支输出波导脊相连；所述输入渐变脊波导结构、输出渐变脊波导结构和分支脊波导结构的平板层连通，且各个平板层的高度相同，而所述输入渐变脊波导结构的波导脊和所述输出渐变脊波导结构的波导脊不连通，且各波导脊之间由沟槽隔离；所述输入波导脊的宽度变化率与所述两支输出波导脊的宽度变化率和张角相对应，即当所述输入波导脊宽度变化率较大时，所述两支输出波导脊的宽度变化率和张角也相应较大，反之亦然。2.根据权利要求1所述的Y型分支器，其特征在于：所述两支输出波导脊的波导轴与输入波导脊的波导轴之间的张角为零。3.根据权利要求1所述的Y型分支器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，洪小刚，杨晶，张丽，
申请(专利权)人：上海圭光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：