[发明专利]一种基于模式定向耦合的光波导三模式模分复用器

权利要求书

1.一种基于模式定向耦合的光波导三模式模分复用器，包括基底层及光波导层，光波导层由包层裹覆的3根并排放置的芯层而组成3根光波导；各光波导的结构参数芯层高度、宽度及之间距离需要满足特定关系；控制各光波导的高度及宽度、光波导间距及耦合长度，使中间的光波导2中的两个模式有效折射率分别与两旁的光波导1及光波导3中的某个模式的有效折射率相等；当光波行进距离为(2n+1)×L₁(n＝1,2,3…)时，L₁为耦合长度，光波导2中模式携带的能量转移到光波导1中模式中，当光波行进距离为(2n+1)×L₂(n＝1,2,3…)时，L₂为耦合长度，光波导2中模式能量转移到光波导3中模式中；光波导1和光波导3采用分区段S型弯曲结构，保证光波导3和光波导1先后与光波导2进行模式定向耦合，之后实现模式分离；由此，可实现光波导三模式模分复用功能。

2.如权利要求1所述一种基于模式定向耦合的光波导三模式模分复用器，其特征在于所述3根芯层包覆于相同材质的包层中而形成3根光波导。

3.如权利要求1所述一种基于模式定向耦合的光波导三模式模分复用器，其特征在于所述光波导的结构参数需要满足特定关系为：各光波导的芯层高度h相同，但其宽度(w₁、w₂、w₃)不同，满足w₂>w₃>w₁关系，其排布规则是处于中间的光波导芯层宽度最大；在耦合作用区域，光波导之间的有效作用距离D₁及D₂要小于最大有效作用距离D_max1及D_max2。

4.如权利要求3所述一种基于模式定向耦合的光波导三模式模分复用器，其特征在于通过控制h、w₁、w₂及w₃的大小使波导2与波导1、波导2与波导3分别满足模式相位匹配条件，使光波导1中模式的有效折射率等于光波导2中模式的有效折射率，使光波导3中模式的有效折射率等于光波导2中模式的有效折射率。

5.如权利要求1所述一种基于模式定向耦合的光波导三模式模分复用器，其特征在于通过控制D₁及D₂的大小，当光波行进距离为(2n+1)×L₁(n＝1,2,3…)大小时，光波导2中模式所携带的能量完全或者最大化地转移到光波导1中模式中，当光波行进距离为(2n+1)×L₂(n＝1,2,3…)大小时，光波导2中模式所携带的能量完全或者最大化地转移到光波导1中模式中。

6.如权利要求1所述一种基于模式定向耦合的光波导三模式模分复用器，其特征在于3根光波导之间的定向耦合作用是分区段发生的，光波导1及光波导3采取S型弯曲结构，主要由两根直波导和一根弯曲波导组成；若光波导3与光波导2先发生模式定向耦合，在开始段，光波导3为直波导，其长度为(2n+1)×L₂，与光波导2之间的距离D₂保持恒定，使光波导2中模式所携带的能量完全或者最大化的转移到光波导3中模式上；接着，光波导3变为S型弯曲波导，与光波导2的距离逐渐变大，直到D₂>>D_max2，光波导2与光波导3不再发生耦合；然后，光波导3再变为直波导，从光波导2耦合的光能量在光波导3输出端直接输出；光波导1的S型结构与光波导3类似，但其发生耦合的区段是在光波导3变为S型弯曲波导之后；这种结构的优点是避免了光波导1及光波导3的模式耦合串扰。