[发明专利]一种基于三耦合波导的横磁模截止横电模均分的光功分器

说明书

本发明公开了一种基于三耦合波导的横磁模截止横电模均分的光功分器，由下至上依次为硅基衬底、掩埋氧化层、功分部件和上包层，其中掩埋氧化层生长于硅基衬底的上表面，上包层覆盖掩埋氧化层的上表面，光功分部件水平生长于掩埋氧化层的上表面，并被上包层覆盖。本发明能够大大降低光功分器的插入损耗，提高器件消光比，缩短器件的尺寸，降低器件的制造难度。

技术领域

本发明涉及集成光学技术领域，尤其是一种基于三耦合波导的横磁模截止横电模均分的光功分器。

背景技术

近年来，绝缘硅片(SOI)材料系统因可作为集成光子回路(PICs)制造平台而广受关注。在PIC中，光功分器是实现通道间功率分配的关键器件，但是SOI材料中包层和芯层折射率差较大，易产生偏振相关的问题，包括偏振模色散、偏振相关增益等。因此，功率分配的偏振控制在PIC中变得必不可少。通常的解决方法是先利用模式检偏器消除不需要的偏振光，然后级联一个功率分配器。一般地，模式检偏器分两种，TE和 TM检偏器。其中，TE检偏器能通过TE偏振光而阻断TM偏振光。目前，基于不同原理、采用不同结构的模式检偏器被陆续报道出来。其中，基于混合等离子波导的检偏器由于能将光限制在低于衍射极限的尺寸内而呈现出独特的优越性。但是，由于金属材料的引入也带来了较高的欧姆损耗，基于混合等离子波导单一结构的模式检偏器插入损耗普遍较高，不利于这种器件应用到高性能的光子回路中。另外，前置模式检偏器和后置功率分配器的级联不利于实现PIC的密集集成。因此，设计出一种结构紧凑、高消光比、低插入损耗、且具有模式阻断和功率分配功能的单个设备是很有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于三耦合波导的横磁模截止横电模均分的光功分器，能够大大降低光功分器的插入损耗，提高器件消光比，缩短器件的尺寸，降低器件的制造难度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于三耦合波导的横磁模截止横电模均分的光功分器，由下至上依次为硅基衬底、掩埋氧化层、功分部件和上包层，其中掩埋氧化层生长于硅基衬底的上表面，上包层覆盖掩埋氧化层的上表面，光功分部件水平生长于掩埋氧化层的上表面，并被上包层覆盖。

优选的，光功分部件包括下层输入通道、下层中路直通通道、下层左路直通通道、下层左路输出通道、下层左路亚波长光栅通道、下层右路直通输出通道、下层右路输出通道、下层右路亚波长光栅通道、第一段上层中路直通通道、第二段上层中路直通通道、第三段上层中路直通通道、第四段上层中路直通通道；

下层中路直通通道的一端和下层输入通道相连，构成中路通道；

下层左路直通通道和下层左路输出通道连接，下层右路直通通道和下层右路输出通道连接；其中，下层左路输出通道、下层右路输出通道位于同一端；

下层左路直通通道、下层左路亚波长光栅通道和下层右路直通通道、下层右路亚波长光栅通道对称分列于下层中路直通通道的左右两侧，相邻通道之间的距为0.05～0.25μm，第一段上层中路直通通道、第二段上层中路直通通道、第三段上层中路直通通道、第四段上层中路直通通道依次分于一列且都在下层中路直通通道上方对齐摆放，上层相邻通道之间的距离为0.15～0.25μm，构成了横磁模截止横电模均分的三波导定向耦合器结构。

优选的，下层输入通道、下层中路直通通道、下层左路直通通道、下层左路输出通道、下层右路直通通道和下层右路输出通道均为硅基带状波导，下层左路亚波长光栅通道和下层右路亚波长光栅通道均为亚波长光栅波导，第一段上层中路直通通道、第二段上层中路直通通道、第三段上层中路直通通道和第四段上层中路直通通道均为混合等离子波导，

优选的，横磁模截止横电模均分的三波导定向耦合器结构，其中下层是下层左路直通通道、下层左路亚波长光栅通道和下层右路直通通道、下层右路亚波长光栅通道，对称分列于下层中路直通通道的左右两侧，上层是第一段上层中路直通通道、第二段上层中路直通通道、第三段上层中路直通通道、第四段上层中路直通通道，依次分于一列且都在下层中路直通通道的上方对齐摆放。