[发明专利]一种基于光栅辅助型耦合器的模式分束转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光的模式分束转换集成器件，特别是涉及一种基于光栅辅助型耦合器的模式分束转换器。

背景技术

随着当今社会的飞速发展，人们对网络数据量的需求不断增长，因而提高通信网络速度的要求成为当前急需解决的问题。光通信网络已经取得了巨大成功，目前朝着低成本、大容量和高速度的目标前进。如今40Gb/s的光传送网已经得到广泛运用，而100Gb/s的光网络正处于蓬勃发展阶段。在速度超过100Gb/s的光网络中采用标准化的编解码方式已经达成共识，这种编码方式是基于相干接收的双偏振正交相移键控调制技术(PM-QPSK)。在PM-QPSK中需要对光信号进行偏振转换、分离和合成，偏振控制器是构成相干接收器的关键器件。

模式分束转换器是模式控制器的一个重要组成部分，它能把在波导传输的TE模和TM模分离，同时将其中的TM模(或TE模)的偏振方向旋转90度，变成TE模(或TM模)。目前提出的模式转换器主要是基于两种结构：第一种是采用定向耦合器结构，它能通过有效折射率匹配法，实现两种模式的分离转换，但是其不足之处是存在严格的拍长，需要对器件的长度精心控制；第二种是基于渐变型波导和定向耦合器相结合的结构，该结构先通过渐变型波导将TM基模转换为多模波导的TE一阶模，然后再通过定向耦合器转换为另一波导的TE基模，该结构仍存在着严格的耦合长度，工艺容差小。

因此，研制出结构简单、功耗更低、易于集成和制作的模式分束转换集成器件，是今后发展片上集成光通信技术的重要而有意义的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光栅辅助型耦合器的模式分束转换器，结构简单、功耗更低、易于集成和制作。

本发明一种基于光栅辅助型耦合器的模式分束转换器，包括单模输入波导、输入模式转换器、总线多模波导、输出模式转换器、单模输出波导、下路布拉格波导光栅、下路耦合区和下路单模波导；其中，单模输入波导通过输入模式转换器与总线多模波导的一端连接，单模输出波导通过输出模式转换器与总线多模波导的另一端连接；所述的下路单模波导位于总线多模波导的一侧，所述的下路布拉格波导光栅位于输出单模波导和总线多模波导之间构成的下路耦合区，所述的下路布拉格波导光栅是通过在波导上刻蚀一维矩形周期单元形成的，下路布拉格波导光栅的周期满足总线多模波导的一阶模耦合到下路单模波导的基模的相位匹配条件；所述的输入模式转换器和输出模式转换器由支持TE和TM模的渐变脊形波导组成；

当TM模式光从单模输入波导输入时，输入模式转换器将TM模转换为总线多模波导的TE一阶模，TE一阶模通过下路耦合区时，满足相位匹配条件，被耦合到下路单模波导的TE模，并从下路单模波导的输出端输出；当TE模式光从单模输入波导输入时，输入模式转换器将TE模转换为总线多模波导的TE基模，TE基模通过下路耦合区时，由于不满足相位匹配条件，不会被耦合到下路单模波导，而是通过输出模式转换器被转换为单模输出波导的TE模，从单模输出波导的输出端输出。

所述的包括单模输入波导、总线多模波导、下路布拉格波导光栅、单模输出波导和下路单模波导为支持TE和TM模式的脊形波导。

所述的下路布拉格波导光栅的周期性折射率微扰区设计在总线多模波导和下路单模波导相向的一侧边上。

所述的构成布拉格波导光栅的周期单元形状均为矩形。

本发明具有的有益效果是：

1、结合渐变型波导和光栅辅助型耦合器实现了将单模波导中传输的TE模和TM模分离，同时将TM模转换为TE模，从另一端口输出，具有转换效率高，无拍长和容差大等特点。

2、器件设计结构简单，尺寸紧凑。

3、器件制作工艺具有CMOS工艺兼容性，使得器件易于集成和扩展，方便低成本制造，可广泛应用于片上高密度集成的光互连通信系统。

附图说明

图1是本发明基于光栅辅助型耦合器的模式分束转换器的结构图；

图2是图1中脊形波导的剖面图；

图3是图1中布拉格光栅的周期单元形状示意图；

图4是图1中下路布拉格波导光栅的俯视图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图中标识：1、单模输入波导  2、输入模式转换器

          3、总线多模波导  4、输出模式转换器

          5、单模输出波导  6、下路布拉格波导光栅

          7、下路耦合区    8、下路单模波导

具体实施方式