[发明专利]平面光波导的设计和制作方法及平面光波导

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，更为具体的说，涉及一种平面光波导的设计和制作方法及平面光波导。

背景技术

平面光波导是未来集成光路的基础性部件，是光纤通信系统中的必要组成部分。平面光波导能将光波束缚在光波长量级尺寸的平面介质波导中，稳定而无辐射的传输。其中，部分平面光波导是采用MZI(Mach-Zehnder interferometer，马赫曾德干涉仪)的结构设计组成的，在对这些平面光波导进行设计时，耗时较长。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种平面光波导的设计和制作方法及平面光波导，在设计过程中首先建立平面光波导的理论模型，而后根据理论模型计算出其MZI结构中两个耦合器的相位因子和相位延迟结构的相位差，进而模拟满足上述参数的MZI结构中两个耦合器的结构参数和相位延迟结构的结构参数，缩短了设计和制作时间，提高了效率。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种平面光波导的制作方法，所述平面光波导包括级联的第一级MZI结构至第N级MZI结构，任一级MZI结构包括用于分光的第一耦合器、用于干涉光的第二耦合器和设置于所述第一耦合器与第二耦合器之间的相位延迟结构，N为不小于1的整数，其中，设计方法包括：

建立平面光波导的理论模型，并根据所述平面光波导的性能目标计算出所述理论模型中第i级MZI结构的第一耦合器的相位因子、第二耦合器的相位因子和相位延迟结构的相位差；

根据所述第i级MZI结构的第一耦合器的相位因子、第二耦合器的相位因子和相位延迟结构的相位差，模拟所述第i级MZI结构的第一耦合器与第二耦合器的结构参数和相位延迟结构的结构参数，i为不大于N的正整数。

优选的，采用Matlab软件、MathType软件、Matcom软件或Scilab软件，建立平面光波导的理论模型，并根据所述平面光波导的性能目标计算出所述理论模型中第i级MZI结构的第一耦合器的相位因子、第二耦合器的相位因子和相位延迟结构的相位差。

优选的，根据所述第i级MZI结构的第一耦合器的相位因子、第二耦合器的相位因子和相位延迟结构的相位差，采用Rsoft软件模拟所述第i级MZI结构的第一耦合器与第二耦合器的结构参数和相位延迟结构的结构参数。

优选的，任意一级MZI结构满足：

其中，P_{cross_out}表示MZI结构的光输出能量值，表示相位延迟结构的相位差，θ₁表示第一耦合器的相位因子，θ₂表示第二耦合器的相位因子。

优选的，所述第一耦合器与第二耦合器的结构参数包括第一耦合器的耦合臂长度l₁和第二耦合器的耦合臂长度l₂，所述相位延迟结构的结构参数包括光程差△L，其中，任意一级MZI结构的相位延迟结构的相位差满足：

任意一级MZI结构的第一耦合器的相位因子θ₁和第二耦合器的相位因子θ₂满足：

其中，λ表示光波波长，n_eff表示光在波导中传输的有效折射率，△l表示弯曲波导处的等效耦合长度，L_c表示耦合长度。

相应的，本发明还提供了一种平面光波导的制作方法，采用上述的平面光波导的设计方法，所得到的每一级MZI结构的第一耦合器与第二耦合器的结构参数和相位延迟结构的结构参数，制作平面光波导

相应的，本发明还提供了一种平面光波导，采用上述平面光波导的制作方法制作而成。

优选的，所述平面光波导为波长不敏感耦合器、可调光衰减器、光开关、差分移相键控器或波分复用器。

相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：