[发明专利]基于对称三波导与亚波长结构的偏振无关的功率分配器

说明书

本发明公开了一种基于对称三波导与亚波长结构的偏振无关的功率分配器，该功率分配器从下至上依次为硅基衬底(8)、掩埋氧化层(9)、硅波导层(11)和上包层(10)，硅波导层(11)由右路直通通道(2)、中路直通通道(3)和左路直通通道(4)构成对称三波导定向耦合器结构(7)，对称三波导定向耦合器结构(7)的一侧设置有输入通道(1)，另一侧设置有右输出通道(5)和左输出通道(6)，且各个通道表面均附有亚波长光栅结构；定向耦合器结构(7)将输入的不同偏振光进行3dB功率分配。该功率分配器有效降低了现有功率分配器的插入损耗和反射损耗，改善了器件的功分比，缩短了器件的尺寸。

技术领域

本发明涉及一种基于对称三波导与亚波长结构的偏振无关的功率分配器，属于集成光学技术领域。

背景技术

光子集成电路(PIC)通过提供低成本的光互连的解决方案和较高的传输速率，被认为下一代光网络中发展光学计算和高宽带互连的良好选择。近几年，为实现光子集成电路，绝缘硅片(SOI)材料系以其与COMS兼容的制备工艺、高折射率对比度、低损耗的纳米线波导和器件占用空间小等优点，引起了人们的广泛关注，并在许多光学领域得到了实际的应用。而功率分配器是模多路复用器、光相控阵和光开关等复杂光学器件的重要组成元件。由于芯层与包层之间的折射率对比度高，对于极化特性不同的横向电场模(TE)和横向磁场模(TM)，基于SOI平台的功率分配器具有很强的双折射特性；从而使得大部分基于SOI的功率分配器普遍具有偏振敏感性，这将对PIC的性能产生负面影响。传统的偏振无关的功率分配器，通过引入较厚的硅波导层，较宽的波导间隙，弯曲波导或者较低的波导宽度来实现TE和TM模式的耦合长度相等；但同时会带来更高的设计复杂度和功率分配比(SR)，也会使得插入损耗与反射损耗更高。近年来，亚波长光栅(SWG)结构由于多种有效的衍射抑制能力和指数处理能力，倍受研究学者关注；为光学器件设计提供一个新的自由度。因此，设计出一种具有紧凑结构、低插入损耗、工作带宽大且功分比均匀的功分器是实现下一代PIC的必然要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于对称三波导与亚波长结构的偏振无关的功率分配器，该功分器采用右路直通通道、中路直通通道和左路直通通道构成的对称三波导定向耦合器结构，将输入的不同偏振光TE(TM)进行功率3dB分配，使其耦合至输出通道波导中；该方案有效降低了功分器的插入损耗，改善了器件的功分比，缩短了器件的尺寸。

技术方案：本发明提供了一种基于对称三波导与亚波长结构的偏振无关的功率分配器，该功率分配器采用绝缘硅片平台制造，功率分配器最底层为硅基衬底，硅基衬底上表面为掩埋氧化层，在掩埋氧化层上表面分布有硅波导层，硅波导层覆盖有上包层，其中：

硅波导层包括输入通道、右路直通通道、中路直通通道、左路直通通道、右输出通道和左输出通道，且所有通道的材质均为硅波导；

右路直通通道、中路直通通道和左路直通通道平行且对齐布置，构成对称三波导定向耦合器结构，且左路直通通道与右路直通通道宽度保持一致；

对称三波导定向耦合器结构的一侧设置有输入通道，且输入通道与中路直通通道的一端相连接；

对称三波导定向耦合器结构的另一侧设置有右输出通道和左输出通道，右输出通道与右路直通通道的一端相连接，左输出通道与左路直通通道的一端相连接，且右输出通道的右侧面与右路直通通道的右侧面对齐，左输出通道左侧面与左路直通通道左侧面对齐；

对称三波导定向耦合器结构中右路直通通道的左侧面、左路直通通道的右侧面、中路直通通道的左右两侧面均附有亚波长光栅结构；

输入通道的两侧附有锥形亚波长光栅结构组成过渡结构，且过渡结构中锥形亚波长光栅结构和输入通道的宽度之和与中路直通通道和其左右附有的亚波长光栅结构的宽度之和相等；