[发明专利]一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片

权利要求书

1.一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片，包括：2N+2条输入单模波导（10a、10b、…、1na、1nb、…、1Na、1Nb），N+1个偏振合束器(20、…、2n、…、2N)， N+1条连接波导(40、…、4n、…、4N)，模式复用器(5)和输出多模波导(6)，且N0；其特征在于，还包括：N+1个模斑转换器(30、…、3n、…、3N)；

每个偏振合束器的两个输入端分别与各自输入单模波导连接，输出端与模斑转换器的输入端连接，模斑转换器的输出端则与连接波导的一端连接，连接波导的另一端则经模式复用器与输出多模波导连接；作为复用器时，光信号从输入单模波导输入并从输出多模波导输出；作为解复用器时，光信号从输出多模波导输入并从输入单模波导输出；

所述2N+2条输入单模波导和N+1个偏振合束器均为强限制小截面光波导类型，其截面尺寸为纳米量级，且偏振敏感，即波导双折射大于10^-4；

所述N+1条连接波导、模式复用器(5)和输出多模波导(6)均为弱限制大截面光波导类型，其截面尺寸为微米量级，且偏振不敏感，即波导双折射小于10^-4。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片，其特征在于：所述N+1个模斑转换器为倒锥形光波导结构，能将局域在强限制小截面光波导中的光斑通过倒锥形结构绝热地转换为弱限制大截面光波导中的光斑，反之亦然；

偏振合束器的输出端通过模斑转换器将其横电基模和横磁基模分别绝热地转化为连接波导中的横电基模和横磁基模，反之亦然。

3.根据权利要求1所述的一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片，其特征在于：所述模式复用器(5)包括：N+1条连接波导(40、…、4n、…、4N)，N条耦合波导（71、…、7n、…、7N)，总线波导和输出多模波导(6)；

其中一条连接波导与总线波导的输入端连接，其余连接波导与各自耦合波导连接，耦合波导与总线波导中的多模波导耦合连接形成各个模式耦合区，总线波导的输出端与输出多模波导(6)连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片，其特征在于：所述总线波导，包括：N个锥形光波导（81、…、8n、…、8N），N个多模光波导（91、…、9n、…、9N），或再包含N个模式旋转器（101、…、10n、…、10N），相邻的两个多模波导之间通过锥形光波导绝热连接，宽度最小的多模波导输入端经锥形光波导、连接波导与模斑转换器输出端连接，宽度最大的多模光波导作为末端，其输出端与输出多模光波导连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片，其特征在于：所述N个模式耦合区，采用非对称定向耦合器的结构。

6.根据权利要求3所述的一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片，其特征在于：所述模式复用器(5)，在复用高度方向上有两个或两个以上峰的高阶模时，非对称定向耦合器中多模光波导和耦合区光波导的高度不相等或者非对称定向耦合器中多模光波导和耦合区光波导的高度相等且多模光波导输出端与模式旋转器连接。

7.根据权利要求4所述的一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片，其特征在于：所述N个模式旋转器为在多模光波导中引入一个凹槽，将横向有多个峰的高阶模式转换为纵向有多个峰的高阶模式。

8.根据权利要求4所述的一种基于单片集成的双偏振模式复用-解复用芯片，其特征在于：第n个多模光波导支持至少n+1个本征模式。