[发明专利]一种基于聚合物的四模模式循环转换器

说明书

本发明公开一种基于聚合物的四模模式循环转换器，属于光通信领域。包括：包层、上芯层和下芯层为折射率不同的聚合物，折射率由低到高；上芯层包括：第一少模波导和第二少模波导，两者相互平行，结构和材料均相同，均同时至少支持少模光纤的LP₀₁、LP_11b、LP₀₂和LP_21b模式；下芯层包括：第一单模波导至第四单模波导，四者位于平行区域下方，结构不同材料相同，分别用于将少模波导的模式LP₀₁转换为LP_11b、LP_11b转换为LP₀₂、LP₀₂转换为LP_21b、LP_21b转换为LP₀₁；上芯层和下芯层形成光通路，用于将进入第一少模波导的光信号经过下芯层中一个单模波导模式转换后，从第二少模波导输出。本发明通过两个少模聚合物波导和四个单模聚合物波导，实现四种模式之间循环转换，提升链路集成度。

技术领域

本发明属于光通信领域，更具体地，涉及一种基于聚合物的四模模式循环转换器。

背景技术

由于近年来通讯与数据传输的飞速增长，基于波分复用系统单模光纤的传输容量已接近其香农极限。为了扩大传输容量，采用FMF(Few Mode Fiber，少模光纤)的模分复用(Mode division multiplexing，MDM)系统引起了人们的广泛关注。到目前为止，用于模分复用系统的器件包括基于自由空间光的相位掩膜版、模式选择耦合器(Mode SelectiveCoupler，MSC)、飞秒激光刻蚀和平面光波导(Planer Lightwave Circuit，PLC)。

相位掩膜版由于是空间光作为载体，所以传输效率极低，损耗非常大；MSC虽和光纤兼容性好，但难以批量生产且集成度较低，飞秒激光刻蚀型器件制备难度极大，容差低；而PLC因其材料选择丰富，可以和光纤兼容，热光系数大等优势备受科研人员的青睐。

而PLC根据其使用的材料可进一步划分为二氧化硅/硅(SOI)材料体系和有机聚合物材料体系，由于聚合物材料的折射率可控并且与光纤的折射率更为接近，端面的菲涅尔反射更小，且基于聚合物材料的器件端面面积和光纤接近，不需要使用光栅和FMF对接，损耗低，具有极大的发展潜力。

因为不同模式在同一根FMF中的传播速度和损耗不同，导致了模式群时延(Differential Mode Group Delay，DMGD)和模式相关损耗(Mode Dependent Loss，MDL)的产生，这也影响了MDM系统的传输质量。而模式循环转换器可以使每一个MDM系统中的模式在一根相同的光纤中传输相同的距离，最大程度上消除DMGD和MDL对信号传输的影响。

现有的模式循环转换器是基于全光纤的MSC器件，其工艺制作难度极大，几乎不可能大批量生产，并且集成度很低，结构较为复杂。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于聚合物的四模模式循环转换器，其目的在于解决少模光纤链路的模间色散，实现片上的四种模式之间的循环转换，使少模通信链路的集成度得以提升容易复现、适合大批量生产。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于聚合物的四模模式循环转换器，所述四模模式循环转换器包括：由下而上的衬底、下芯层和上芯层；包层包覆下芯层和上芯层；

包层、上芯层和下芯层为折射率不同的聚合物，且折射率由低到高；

上芯层包括：第一少模波导(6)和第二少模波导(1)，两者相互平行，且结构和材料均相同，均能同时至少支持少模光纤的LP₀₁、LP_11b、LP₀₂和LP_21b模式；