[发明专利]用于多模光波导3dB分束的定向耦合器及耦合方法

说明书

本发明公开了一种用于多模光波导3dB分束的定向耦合器及耦合方法，包括两组密集波导阵列，每组密集波导阵列由两根以上掩埋型矩形光波导并排构成；两组密集波导阵列分为输入区、第一渐变锥形区、耦合区、第二渐变锥形区、输出区；输入区通过第一渐变锥形区与耦合区一端相连，耦合区的另一端通过第二渐变锥形区与输出区相连；通过第一渐变锥形区、第二渐变锥形区调节输入区、输出区、耦合区的掩埋型矩形光波导的宽度以及掩埋型矩形光波导之间的距离。本发明通过基于密集波导阵列结构的多模光波导的定向耦合器，同时实现多个模式的3dB分束，具有结构紧凑、简单，易于加工实现等效果，可应用于模分复用集成光路。

技术领域

本发明涉及集成光子领域，更具体的涉及一种用于实现多模波导光分束的集成器件结构。

背景技术

如今，随着各种新兴应用的推动，如：移动互联、云计算等，互联网接入点每年以百万计的数量增长，国际互联网的信息交互量的年增长率也超过40%，网络中各交换节点的容量需求也将达到Pb/s量级。如今的10Gb/s-100Gb/s的光通信网络和技术，已经很难支撑以上这些人们对信息量日益增长的需求。更重要的是，由于受到光纤非线性效应的影响，光纤中单通道可以传输的数据速率已经接近于香农定律所决定的物理极限，很难进一步得到提高。

空间复用（也被称作模式复用），作为光子的另一个复用维度，在最近得到国际上广泛的关注。特别是对于传输距离在几厘米到两公里左右的短距离片上或片间光互连来说，由于节点数众多，对光模块的尺寸、功能和成本都有更高的要求。传统的波分复用方式需要用到高性能激光器及其阵列，并且需要对激光器以及各个无源器件的波长进行较好的控制，具有相当的难度。模式复用技术也可以成倍增加单根平面光波导中的数据传输速率。利用波导模式的正交性，通过单个波长就可以实现多通道数据传输，因此有效的避免了密集波分复用系统中对波长稳定性的苛刻要求，大幅降低了整个光互连模块的尺寸、成本和能耗。

传统多模波导中各阶模式的传播常数、模斑形状等差异非常大。而各种传统的硅基器件，基本是基于单模波导设计的，不能直接扩展到多模情况。国际上较通用的处理多模的方式是：首先将每个模式解复用到单模波导，然后分别处理，最后再复用到多模波导。但这种方式，无疑在器件尺寸、控制方式、损耗等方面存在扩展性的问题。

发明内容

1、本发明的目的。

本发明提供一种在多模光波导中实现光分束集成光器件结构，以解决现有技术中的单模波导分束到多模波导存在的损耗和难以扩展的问题。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明提出的用于多模光波导3dB分束的定向耦合器，包括两组密集波导阵列，每组密集波导阵列由两根以上掩埋型矩形光波导并排构成；两组密集波导阵列分为输入区、第一渐变锥形区、耦合区、第二渐变锥形区、输出区；输入区通过第一渐变锥形区与耦合区一端相连，耦合区的另一端通过第二渐变锥形区与输出区相连；通过第一渐变锥形区、第二渐变锥形区调节输入区、输出区、耦合区的掩埋型矩形光波导的宽度以及掩埋型矩形光波导之间的距离。

更进一步具体实施方式中，所述的输入区和输出区：每组密集波导阵列中并排的掩埋型矩形光波导宽度各不相同，掩埋型矩形光波导之间间距相等。

更进一步具体实施方式中，所述的耦合区：每组密集波导阵列中并排的掩埋型矩形光波导宽度相同，掩埋型矩形光波导之间间距各不相等。

更进一步具体实施方式中，所述耦合区的两组密集波导阵列：其并排的掩埋型矩形光波导以两组密集波导阵列之间的中心线对称排列，即两组密集波导阵列最外层掩埋型矩形光波导的两个间距相同，次外层掩埋型矩形光波导的两个间距相同，以此类推。

更进一步具体实施方式中，所述的掩埋型矩形光波导，包括一个高折射率的波导芯层、一个低折射率的下包层和一个低折射率的上包层。

一种多模光波导3dB分束的定向耦合方法，