本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于耦合模式分離的光分束器，包括兩條相鄰的第一波導(dǎo)(1)和第二波導(dǎo)(2)，可實現(xiàn)2×2的光分束。首先兩波導(dǎo)間距逐漸減小且波導(dǎo)尺寸不變構(gòu)成耦合模式激發(fā)區(qū)，然后兩波導(dǎo)間距逐漸增大且波導(dǎo)尺寸向相反方向變化構(gòu)成耦合模式分離區(qū)。通過調(diào)整兩波導(dǎo)在耦合模式激發(fā)區(qū)的結(jié)構(gòu)，本光分束器可以實現(xiàn)各種不同的分束比。由于基于絕熱模式變化來實現(xiàn)耦合模式的分離，本光分束器還具有插入損耗低、波長范圍寬以及工藝容差大等優(yōu)點。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于耦合模式分離的光分束器
本專利技術(shù)涉及一種應(yīng)用于光通信、光互連、光計算、集成光學(xué)、光學(xué)傳感等領(lǐng)域的光分束器，特別是涉及一種可實現(xiàn)任意分光比、插入損耗低、波長范圍寬以及工藝容差大的基于率禹合模式分離的2X2光分束器。
技術(shù)介紹
光分束器是一種重要的光學(xué)基本元器件，廣泛應(yīng)用于光通信、光互連、光計算、集成光學(xué)、光學(xué)傳感等領(lǐng)域。目前常用的2X2光分束器主要包括定向耦合型分束器和多模干涉型分束器，隨著集成度的增加兩種分束器的尺寸不斷減小，二者的缺陷變得日益顯著。定向耦合型分束器的原理是基于耦合模式的干涉，由于耦合模式對波長和耦合區(qū)結(jié)構(gòu)很敏感，所以這種分束器的工作波長范圍很窄，工藝容差也很小。多模干涉型分束器基于多模干涉的自映像原理，主要用于均勻分光，因而其分束比變化范圍很有限；2X2的多模干涉型分束器的兩條輸出波導(dǎo)與某一輸入波導(dǎo)間存在不對稱結(jié)構(gòu)，為了實現(xiàn)均勻分光，就會激發(fā)起輻射模，因而插入損耗比較大。
技術(shù)實現(xiàn)思路
(一 )要解決的技術(shù)問題為了克服上述光分束器的不足，本專利技術(shù)提出了一種基于耦合模式分離的2X2光分束器。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)提供了一種基于稱合模式分離的光分束器，該光分束器包括相鄰的第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2，用于實現(xiàn)2X2的光分束；其中，第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2的間距逐漸減小且波導(dǎo)尺寸不變構(gòu)成耦合模式激發(fā)區(qū)，然后第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2的間距逐漸增大且波導(dǎo)尺寸向相反方向變化構(gòu)成耦合模式分離區(qū)。上述方案中，所述第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2是平面波導(dǎo)或非平面波導(dǎo)。所述平面波導(dǎo)是條形、脊形、圓形、橢圓形或狹縫形波導(dǎo)，所述非平面波導(dǎo)是光纖。上述方案中,在所述稱合模式激發(fā)區(qū)該第一波導(dǎo)I和該第二波導(dǎo)2結(jié)構(gòu)相同,該光分束器是均勻分束。上述方案中，在所述耦合模式激發(fā)區(qū)該第一波導(dǎo)I和該第二波導(dǎo)2結(jié)構(gòu)不相同，該光分束器是非均勻分束。上述方案中，在所述耦合模式激發(fā)區(qū)該第一波導(dǎo)I和該第二波導(dǎo)2的間距逐漸減小的方式包括線性或圓弧型、橢圓弧型、指數(shù)型、拋物型、雙曲型的非線性絕熱漸變方式。上述方案中，在所述耦合模式分離區(qū)該第一波導(dǎo)I和該第二波導(dǎo)2的間距逐漸增大的方式包括線性或圓弧型、橢圓弧型、指數(shù)型、拋物型、雙曲型的非線性絕熱漸變方式。上述方案中，當(dāng)在所述耦合模式激發(fā)區(qū)該第一波導(dǎo)I和該第二波導(dǎo)2的結(jié)構(gòu)相同時，在所述耦合模式分離區(qū)該第一波導(dǎo)I和該第二波導(dǎo)2的尺寸向相反方向變化，包括任選耦合模式分離區(qū)的一條波導(dǎo)的尺寸向有效折射率增大或減小的方向變化，而另一條波導(dǎo)的尺寸不變；或者任選耦合模式分離區(qū)的一條波導(dǎo)的尺寸向有效折射率增大的方向變化，同時另一條波導(dǎo)的尺寸向有效折射率減小的方向變化。上述方案中，當(dāng)在所述耦合模式激發(fā)區(qū)該第一波導(dǎo)I和該第二波導(dǎo)2的結(jié)構(gòu)不同時，在所述I禹合模式分離區(qū)該第一波導(dǎo)I和該第二波導(dǎo)2的尺寸向相反方向變化,包括只將耦合模式分離區(qū)的有效折射率較大的波導(dǎo)的尺寸向有效折射率增大的方向變化，或者只將耦合模式分離區(qū)的有效折射率較小的波導(dǎo)的尺寸向有效折射率減小的方向變化，而另一條波導(dǎo)的尺寸不變；或者將耦合模式分離區(qū)的有效折射率較大的波導(dǎo)的尺寸向有效折射率增大的方向變化，同時有效折射率較小的波導(dǎo)的尺寸向有效折射率減小的方向變化。上述方案中，在所述耦合模式分離區(qū)該第一波導(dǎo)I和該第二波導(dǎo)2的尺寸向相反方向變化，其變化方式包括線性或圓弧型、橢圓弧型、指數(shù)型、拋物型、雙曲型的非線性絕熱漸變方式。 (三)有益效果因為分配到兩耦合模式中的光能量比例可以通過改變耦合模式激發(fā)區(qū)的結(jié)構(gòu)來任意調(diào)整，所以本專利技術(shù)提供的光分束器可以實現(xiàn)各種不同的分光比。又因為本專利技術(shù)提供的光分束器基于絕熱模式變化來實現(xiàn)耦合模式的分離，所以還具有插入損耗低、波長范圍寬以及工藝容差大等優(yōu)點。附圖說明圖1(a)和圖1(b)是本專利技術(shù)提供的基于耦合模式分離的光分束器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖I (a)對應(yīng)分束比為O. 5/0. 5的均勻分束，圖I (b)對應(yīng)非均勻分束。圖2(a)和圖2(b)是束傳播法模擬的分束比隨傳輸長度變化的曲線，其中圖2 (a)實現(xiàn)了 O. 5/0. 5的均勻分束，圖2(b)則實現(xiàn)了 O. 9/0. I的非均勻分束。附圖標(biāo)記說明1-0 :第一波導(dǎo)I的輸入端1-1 :第一波導(dǎo)I的稱合模式激發(fā)區(qū)1-2 :第一波導(dǎo)I的耦合模式分離區(qū)2-0 :第二波導(dǎo)2的輸入端2-1 :第二波導(dǎo)2的耦合模式激發(fā)區(qū)2-2 :第二波導(dǎo)2的耦合模式分離區(qū)具體實施例方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術(shù)進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)光波導(dǎo)耦合模式理論，當(dāng)兩條單模光波導(dǎo)逐步靠近時，兩波導(dǎo)的模式會相互率禹合形成兩個新的稱合模式-對稱模式和反對稱模式。當(dāng)從某一路波導(dǎo)輸入一束光，如果兩波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)相同，則光能量會均分到兩個耦合模式；如果兩波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)不同，則光能量以其他比例分配到兩個耦合模式。本專利技術(shù)首先通過控制兩波導(dǎo)在耦合模式激發(fā)區(qū)的結(jié)構(gòu)，將入射光能量以一定比例分配到兩耦合模式中，然后將兩波導(dǎo)尺寸向相反的方向變化，使兩耦合模式絕熱變化最后分離，從而實現(xiàn)光能量的分束。如圖I所示，圖I (a)和圖I (b)是本專利技術(shù)提供的基于耦合模式分離的光分束器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1(a)對應(yīng)分束比為O. 5/0. 5的均勻分束，圖1(b)對應(yīng)非均勻分束。該光分束器包括兩條相鄰的光波導(dǎo)-第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2,光從第一波導(dǎo)I的輸入端1-0或第二波導(dǎo)2的輸入端2-0輸入，可實現(xiàn)2X2的光分束；其中，第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2的間距逐漸減小且尺寸不變構(gòu)成耦合模式激發(fā)區(qū)，然后第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2的間距逐漸增大且尺寸向相反方向變化構(gòu)成耦合模式分離區(qū)。首先第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2逐漸靠近且尺寸不變，形成耦合模式激發(fā)區(qū)。通過控制第一波導(dǎo)I的耦合模式激發(fā)區(qū)1-1和第二波導(dǎo)2的耦合模式激發(fā)區(qū)2-1的結(jié)構(gòu)，將入射光能量以一定比例分配到兩耦合模式中。如圖1(a)所示，第一波導(dǎo)I的耦合模式激發(fā)區(qū)1-1和第二波導(dǎo)2的耦合模式激發(fā)區(qū)2-1結(jié)構(gòu)相同，入射光能量均勻分配(如圖2(a)所示)到兩耦合模式中；如圖I (b)所示，第一波導(dǎo)I的耦合模式激發(fā)區(qū)1-1比第二波導(dǎo)2的耦合模式激發(fā)區(qū)2-1寬度窄一些，入射光能量以非均勻的比例(如圖2(b)所示，分光比例 為O. 9/0. I)分配到兩耦合模式中。然后，第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2間距逐漸增大且尺寸向相反方向變化構(gòu)成耦合模式分離區(qū)。如圖I所示，第一波導(dǎo)I的耦合模式分離區(qū)1-2逐漸變窄，而第二波導(dǎo)2的耦合模式分離區(qū)2-2逐漸變寬。這個過程中，第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2的耦合逐漸變?nèi)?，兩耦合模式發(fā)生絕熱變化，逐步分離。如圖2(a)和圖2(b)所示，第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2中的光能量振蕩隨傳輸長度增加而逐步減弱。最后，當(dāng)?shù)谝徊▽?dǎo)I和第二波導(dǎo)2間距足夠大，尺寸差異也足夠大時，第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2的耦合消失，兩耦合模式徹底分離，從而實現(xiàn)了光能量的分束。如圖2(a)和圖2(b)所示，第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2中的光能量振蕩最終變得十分微弱。其中，所述第一波導(dǎo)I和第二波導(dǎo)2是條形、脊形、圓形、橢圓形、狹縫形以及其他非規(guī)則圖形構(gòu)成的平面波導(dǎo)，或者是光纖及其他類型的非平面波導(dǎo)。所述的耦合模式激發(fā)區(qū)的兩波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)可以相同或不同，相同時對應(yīng)均勻分束，不同時對應(yīng)非均勻分束。即如果在所述本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于耦合模式分離的光分束器，其特征在于，該光分束器包括相鄰的第一波導(dǎo)(1)和第二波導(dǎo)(2)，用于實現(xiàn)2×2的光分束；其中，第一波導(dǎo)(1)和第二波導(dǎo)(2)的間距逐漸減小且波導(dǎo)尺寸不變構(gòu)成耦合模式激發(fā)區(qū)，然后第一波導(dǎo)(1)和第二波導(dǎo)(2)的間距逐漸增大且波導(dǎo)尺寸向相反方向變化構(gòu)成耦合模式分離區(qū)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邢界江，李智勇，肖希，儲濤，俞育德，余金中，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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