[发明专利]一种基于亚波长光栅波导的模式选择性衰减器

权利要求书

1.一种基于亚波长光栅波导的模式选择性衰减器，其特征在于包括：

支持多个横磁场模的多模总线波导（100）、N组宽度与占空比不同的亚波长光栅波导耦合器（101）-（10N）和用于包覆的下包层（120）和上包层（121），多模总线波导（100）用于多模信号的输入、输出与总线传输功能，亚波长光栅波导耦合器用于和多模总线波导（100）通过倏逝场耦合进行模式选择性能量衰减；多模总线波导（100）和亚波长光栅波导耦合器组位于下包层（120）的上方，上包层（121）用于填充和包覆多模总线波导（100）和亚波长光栅波导耦合器，下包层（120）的材料与上包层（121）的材料折射率不同，均低于波导硅的折射率3.47；

其中：

多模总线波导（100）其宽度根据多模系统中传输信号的模式数量确定，第一组亚波长光栅波导耦合器（101）用于和多模总线波导（100）耦合，衰减其中的第一种需衰减模式的载波能量，其中第一组亚波长光栅波导耦合器（101）分为亚波长光栅波导区域（1011）、亚波长光栅波导到普通条形波导的转换器（1012）和渐变锥形波导区域（1013）；

第二组亚波长光栅波导耦合器（102），用于和多模总线波导（100）耦合，衰减其中的第二种需衰减模式的载波能量，其中第二组亚波长光栅波导耦合器（102）分为亚波长光栅波导区域（1021）、亚波长光栅波导到普通条形波导的转换器（1022）和渐变锥形波导区域（1023）；

……

第N组亚波长光栅波导耦合器（10N），用于和多模总线波导（100）耦合，衰减其中的第N种需衰减模式的载波能量，其中第N组亚波长光栅波导耦合器（10N）分为亚波长光栅波导区域（10 N1）、亚波长光栅波导到普通条形波导的转换器（10 N2）和渐变锥形波导区域（10N3）。

2.根据权利要求1所述的一种基于亚波长光栅波导的模式选择性衰减器，其特征在于：所述多模总线波导和亚波长光栅波导耦合器的材料均为硅；

所述下包层（120）材料为埋氧层二氧化硅，所述上包层（121）材料为空气、聚合物材料SU-8、PMMA、Si₃N₄或SiON。

3.根据权利要求1所述的一种基于亚波长光栅波导的模式选择性衰减器，其特征在于：所述多模总线波导（100）中传输的多模式信号其载模为M个复用的模式，均为横磁场模，M为正整数。

4.根据权利要求3所述的一种基于亚波长光栅波导的模式选择性衰减器，其特征在于：N组亚波长光栅波导耦合器中N为所需要衰减的模式的数量，且有N≤M，N为正整数。

5.根据权利要求4所述的一种基于亚波长光栅波导的模式选择性衰减器，其特征在于：多模总线波导（100）中传输的复用信号组中，N种所需衰减的横磁场模式，每种模式与亚波长光栅波导耦合器组其中的一组结构中的亚波长光栅波导部分支持的布洛赫模式达到相位匹配。

6.根据权利要求5所述的一种基于亚波长光栅波导的模式选择性衰减器，其特征在于：实现相位匹配的方法为通过调谐亚波长光栅波导耦合器的亚波长光栅波导部分的占空比与波导的宽度，使其承载的布洛赫模式的有效折射率与多模总线波导（100）中相应的横磁场模式的有效折射率相同，而多模总线波导（100）的宽度保持不变。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于亚波长光栅波导的模式选择性衰减器，其特征在于：通过上包层与下包层形成的非对称折射率分布和相位匹配条件，使得多模总线波导（100）中的横磁场模式耦合到亚波长光栅波导的亚波长光栅波导区域的布洛赫模式，再通过亚波长光栅波导到普通条形波导的转换器转换为普通条形波导中的横电场模。