[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

说明书

本发明公开了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，该十字交叉波导设置于包层绝缘体上，其材质为硅，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中心交叉多模波导的前后两侧，两个单模波导的中心的连线与另两个单模波导的中心的连线垂直，中心交叉多模波导与四个单模波导之间均设置有亚波长光栅，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。该十字交叉波导偏振不敏感，可以实现较小的尺寸以及更高的集成度，同时，加工难度和加工成本均较低。

技术领域

本发明实施例涉及集成光学领域，尤其涉及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。

背景技术

随着对数据需求的持续增长，人们开始把目光转向硅光子集成技术，希望突破集成化电子技术发展的局限，大幅增加数据容量和提高数据传输速度。在集成化光路中，光波导之间的交叉不可避免。因此，如何设计高效的交叉波导十分重要。

目前，可以采用双层刻蚀的方法来设计交叉波导。在目前的交叉波导结构中，浅刻蚀层被设计成椭圆形，该结构可以在保持绝缘体上的硅(Silicon-on-insulator，SOI)波导高折射率对比的同时，可以提升波导交叉处的性能表现。

但是，目前的交叉波导都仅针对横电模(Transverse Electric Field，TE)模式的光波进行了优化，没有考虑横磁模(Transverse Magnetic Field，TM)模式的光波，具有偏振敏感性。

发明内容

本发明提供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，以解决目前的交叉波导具有偏振敏感性的技术问题。

本发明提供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，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。

如上所述的十字交叉波导中，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。

如上所述的十字交叉波导中，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。

如上所述的十字交叉波导中，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。

如上所述的十字交叉波导中，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。