[发明专利]基于多模干涉原理的高消光比粗波分复用/解复用器

说明书

一种粗波分复用/解复用器，包括：衬底；二氧化硅氧化层，位于所述衬底上；体硅下波导层，位于所述二氧化硅氧化层上；氮化硅波导层，位于所述体硅下波导层上；体硅上波导层，位于所述氮化硅波导层上；其中，在体硅下波导层、氮化硅波导层和体硅上波导层三层材料上刻蚀形成多个多模干涉耦合器，包括1.31微米/1.55微米光波的复用/解复用单元、收集单元和滤波单元，所述收集单元的输入端与复用/解复用单元相连，所述滤波单元的输入端与复用/解复用单元的输出端相连。本发明的复用/解复用器可以在不同的位置形成重新汇聚的镜像点，从而实现在两束光波可以在不同的位置被分离并且收集，因此本发明的复用/解复用器的光信号串扰小，消光比高。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，尤其涉及一种基于多模干涉原理的高消光比粗波分复用/解复用器。

背景技术

在高速光通信系统中，波分复用技术被广泛使用，并且为人们提供大量的通信信道和巨大的通信容量。同时传输一定间隔的多个波长，并且通过合波分波进行通信的技术就叫做波分复用。波分复用技术是现代通信系统中不可或缺的关键技术之一，能极大的提高单一通信线路的通信容量，在有线通信和无线通信系统当中被用来传输多种波长的信号，以满足现代社会对高速和大容量通信的需求。在波分复用系统中，复用/解复用器和复用器是被重点研究的对象，近年来不同材料和不同结构的复用器和复用/解复用器被研究人员相继提出，其中基于多模干涉原理的复用器和复用/解复用器凭借其独特的优势而被研究人员广泛关注，例如损耗低，工艺容差大以及结构紧凑等等。在这些研究方案中，硅基氮化硅结构的多模干涉耦合器具有一些突出的优点，例如制作简单，并且与集成电路工艺兼容，同时氮化硅和二氧化硅之间折射率差大，器件尺寸小，串扰低。这使得该结构在硅光子集成中运用广泛，是未来光子集成中波分复用的发展趋势。

首先，在设计波分复用器时需要考虑同一波长光波的TE和TM模式的区别。通信系统中激光器光源出射光一般为TE模式的光波，但是光信号在光纤中传输的过程中，原始信号光的TE模式的光波会逐渐受偏振变化的影响而转变为TE和TM模式两个分量，由于TE和TM模式在复用/解复用器中具有不同的折射率和不同的镜像长度，所以复用/解复用器需要尽量选择合适的层材料来获得TE模式和TM模式较小的折射率差，才能保证TE/TM模式的两种光波可以同时被复用/解复用器分出并且不带有损耗，即为偏振不灵敏，也从而实现低损耗的分波功能，传统的三五族材料很难做到TE和TM之间较小的折射率差，因此基于三五族材料的复用/解复用器基本不能做到偏振不灵敏，然而基于硅基氮化硅结构的复用/解复用器可以通过调节氮化硅的组分从而改变折射率，使得TE和TM模式具有相同的折射率，实现偏振不灵敏的解复用功能。

其次，目前设计的复用/解复用器和复用器广泛采用多模干涉的方法来实现，这些技术方案虽然能得到较低的损耗，但是往往消光比受到限制而不能做到很高，并且这些方案中还有很大一部分没有考虑到TE/TM两种模式，而往往只关注TE模式的1.3微米和1.5微米光波的复用和解复用，这势必会在实际应用中损耗掉TM模式的部分而造成传输信号的衰减和变形，因此必须发展出具有高消光比，同时可以支持TE/TM两种模式的偏振不灵敏复用/解复用器。在高速光通信系统中，基于多模干涉的偏振不灵敏的粗波分复用器不仅是落实波分复用技术在光子集成中应用的有效方法，也是将来实现未来更高速光网络的重要基础技术。

目前，应用于波分复用技术的复用器的方案已经有不少报道，其中包括多模干涉波导结构、光子晶体结构、定向耦合器结构以及马赫-曾德干涉器结构等方案。然而对于同时满足高消光比和偏振不灵敏的器件报道还没有，同时大多数的设计并没有考虑TE和TM模式的同时分波。也就是说，现有技术中还没有可以同时满足高消光比和偏振不灵敏的器件。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于多模干涉原理的高消光比粗波分复用/解复用器，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种基于多模干涉原理的高消光比粗波分复用/解复用器，包括：

衬底；