[发明专利]基于硅基波导亚波长光栅和多模干涉原理的十字交叉波导

权利要求书

1.一种基于硅基波导亚波长光栅和多模干涉原理的十字交叉波导，其特征在于，所述十字交叉波导设置于包层绝缘体上，所述十字交叉波导的材质为硅，所述十字交叉波导包括：

四个单模波导、四个亚波长光栅以及中心交叉多模波导；

其中，两个单模波导对称地设置于所述中心交叉多模波导的左右两侧，另两个单模波导对称地设置于所述中心交叉多模波导的前后两侧，所述两个单模波导的中心的连线与所述另两个单模波导的中心的连线垂直；

所述中心交叉多模波导与所述四个单模波导之间均设置有所述亚波长光栅，所述亚波长光栅中的光栅条纹的排列方向与在对应的单模波导中传输的光波的传播方向相同；

所述亚波长光栅包括：渐变亚波长光栅和等长亚波长光栅；

所述渐变亚波长光栅设置于远离所述中心交叉多模波导的一侧，所述等长亚波长光栅设置于靠近所述中心交叉多模波导的一侧；

所述渐变亚波长光栅中越靠近所述中心交叉多模波导的位置，所述渐变亚波长光栅的光栅条纹的长度越长，所述渐变亚波长光栅中最长的光栅条纹的长度与所述等长亚波长光栅中的光栅条纹的长度相等。

2.根据权利要求1所述的十字交叉波导，其特征在于，所述十字交叉波导还包括四个锥形波导，所述四个锥形波导分别设置于所述单模波导与对应的亚波长光栅之间，且越靠近于所述中心交叉多模波导，所述锥形波导的截面的宽度越小。

3.根据权利要求2所述的十字交叉波导，其特征在于，所述锥形波导的至少一部分区域与对应的渐变亚波长光栅重合，并且，所述锥形波导位于对应的渐变亚波长光栅的长度方向的中间位置。

4.根据权利要求1所述的十字交叉波导，其特征在于，所述渐变亚波长光栅和所述等长亚波长光栅的光栅尺寸相同，所述光栅尺寸为亚波长光栅中一条光栅条纹的宽度与一条光栅刻痕的宽度之和。

5.根据权利要求1-4任一项所述的十字交叉波导，其特征在于，所述单模波导中最靠近所述中心交叉多模波导的一端与所述中心交叉多模波导的中心点之间的长度根据所述中心交叉多模波导的自成像拍长确定，所述自成像拍长根据公式确定；其中，i表示在所述十字交叉波导中传输的光波的模式：当i表示的光波的模式为横电模时，β₀(i)表示横电模模式的光波的零阶模在所述十字交叉波导中的传播常数，β₂(i)表示横电模模式的光波的二阶模在所述十字交叉波导中的传播常数，L(i)表示横电模模式的光波在所述十字交叉波导中传输时，所述中心交叉多模波导的自成像拍长；当i表示的光波的模式为横磁模时，β₀(i)表示横磁模模式的光波的零阶模在所述十字交叉波导中的传播常数，β₂(i)表示横磁模模式的光波的二阶模在所述十字交叉波导中的传播常数，L(i)表示横磁模模式的光波在所述十字交叉波导中传输时，所述中心交叉多模波导的自成像拍长。

6.根据权利要求1-4任一项所述的十字交叉波导，其特征在于，所述单模波导的宽度为500纳米、厚度为220纳米。

7.根据权利要求1-4任一项所述的十字交叉波导，其特征在于，所述中心交叉多模波导的长度和宽度均为2微米。

8.根据权利要求1-4任一项所述的十字交叉波导，其特征在于，当在所述十字交叉波导中传输的光波的模式为横电模时，所述等长亚波长光栅的等效折射率根据公式确定；其中，n_TE表示当在所述十字交叉波导中传输的光波的模式为横电模时，所述等长亚波长光栅的等效折射率，f表示所述等长亚波长光栅的占空比，n₁表示组成所述十字交叉波导的硅的折射率，n₂表示所述包层绝缘体的折射率；

当在所述十字交叉波导中传输的光波的模式为横磁模时，所述等长亚波长光栅的等效折射率根据公式确定；其中，n_TM表示当在所述十字交叉波导中传输的光波的模式为横磁模时，所述等长亚波长光栅的等效折射率。

9.根据权利要求1-4任一项所述的十字交叉波导，其特征在于，所述中心交叉多模波导为全硅；或者，所述中心交叉多模波导上刻蚀有任意图案。