[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

说明书

本发明涉及一种基于模式定向耦合的光波导三模式模分复用器。该模分复用器，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。通过优化各光波导的结构参数芯层高度、宽度及间距，可以使中间光波导中的两个模式所携带的能量全部或最大化地分别转移到两边放置的另外两个光波导模式中，实现光波导三模式模分复用功能。

技术领域

本发明涉及光背板互连技术领域，提出一种基于模式定向耦合的光波导三模式模分复用器。

背景技术

信息技术的广泛应用和各种新业务的不断涌现，导致网络流量迅速增长，未来数据中心、超级计算机等领域面临的最大挑战之一是大量的数据需要存储、传输和处理等操作。传统的电互连技术愈发显现出在带宽上的瓶颈，而光互连技术因具有高带宽、抗电磁干扰、强保密性、低传输损耗、低功耗等优势，将成为一种极具潜力的电互连补充或替代方案。

在信息容量扩充方面，模分复用技术是继波分复用技术后的另一种更先进的技术，它是一种利用光波的空间自由度来增加光通信容量的复用技术，它进一步拓宽了光互连技术的应用范畴，可实现高速、海量信息的传输。在光背板互连领域，基于光波导的模式复用技术，近年来得到广泛深入研究。常见的模分复用技术有基于波导光栅技术、非对称Y形波导耦合技术、模式定向耦合技术、多模干涉耦合技术等。文献“聚合物长周期波导光栅的模式转换器研究”提出的波导光栅技术，其模式转换只能在一根波导通道中进行，因此只能在同一输出端口输出，仅能完成对一个模式的转换；文献“Asymmetric Y junctions insilicon waveguides for on-chip mode-division multiplexing”介绍了非对称Y形波导的模式转换原理及其模式转换条件，它是多模干涉耦合器的一种特定状态，指的是在两根波导交叉区域，当波导宽度发生变化时导致其模式发生转换；文献“应用于模分复用的聚合物光波导非对称定向耦合器研究”研究了非对称定向耦合技术的模式转换条件、波导制备流程工艺等，指的是相邻的光波导在模式有效折射率相等的条件下，由于模式消逝场的作用而发生的不同模式间的能量相互转化，可以实现二维维度及三维维度的模式转换，目前在二维维度仅实现两个模式的转换；文献“基于多模干涉耦合器的InP基模分复用/解复用器结构”指出，多模干涉耦合技术是基于两个光波导的纵向耦合而导致仅对某一个模式的激发选择，仅需改变光波导的结构参数即可实现模分复用，但这种技术模式的转换效率不高，很容易造成其他模式的串扰。由于光波导结构及制备工艺简单、可大工业生产等优势，目前研究较多是基于定向耦合的光波导模分复用技术，但存在二维维度仅实现两个模式相互转换的缺点。

针对基于定向耦合的光波导模分复用技术在二维维度仅实现两个模式转换的局限，本发明提出一种基于模式定向耦合的光波导三模式模分复用器，相对于现有的技术，它可以在二维维度实现光波导三个模式的转换。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现状，提出一种基于模式定向耦合的三模式模分复用器，以解决目前仅实现光波导两个模式转换的缺点，进而扩大光信息数据容量，推动光背板互连技术的应用发展。

根据上述发明目的，本发明的构思为：

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，光波导层的核心结构由三根不同宽度、相同高度、并排放置的芯层而组成，由于三根芯层被裹覆于相同材料的包层中，从而实际组成三根光波导；控制光波导芯层的结构参数，可以使不同光波导不同模式的有效折射率相等，从而激发模式之间所携带能量的相互转换，当有三个模式进行能量转换时，可实现光波导三模式模分复用器。

其技术原理如下：