[发明专利]集成型光分路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光通信系统、光计算机系统及光子/光电子集成回路的波导型光分路器，属于集成光学技术领域。

背景技术

光分路器是光通信系统、光计算机系统及集成光学器件的基础元件，在功分器和光干涉仪中它们被用作光分路器或者合路器，例如光开关、衰减器、调制器。光分路器主要有熔融拉锥型和平面波导型两种。熔融拉锥型光分路器的生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致，在环境温度变化时热胀冷缩的程度就不一致，此种情况容易导致光分路器损坏。熔融拉锥型光分路器为分立元件，不易于与其它光子器件实现单片集成。

平面波导型光分路器是具有体积小、分路路数多等优点，易与波导型滤波器、激光器、探测器等光子器件实现单片集成。目前，平面波导型光分路器主要采用半导体工艺（光刻、腐蚀、显影）制作，输出分支间的间隙不能完全消除；并且，随着材料的折射率差增大，输出分支之间间隙的相对宽度相应变大，单模波导宽度进一步缩小，而输出分支之间的最小间隙仍保持不变，如此在单模波导中，输出分支间的相对宽度进一步变大。因而对于单模波导，高折射率差材料将导致模式匹配度降低，以至于附加损耗增大，进一步增加加工难度，降低器件的良品率，缩小工作波长范围，不易应用于密集波分复用光网络中。而在Y分支处引入反射镜，可以进一步使功分比均匀，但会带来更大的附加损耗继而增大插入损耗，一般要采用立体工艺，加工难度大。

发明内容

本发明提供一种具有结构紧凑、插入损耗低、功分均匀性高且工作波长范围大的集成型光分路器。

本发明采用如下技术方案：

一种集成型光分路器，包括：衬底，在衬底上设有下包层，在下包层上设有芯层，芯层由输入波导、锥形波导、第一输出波导及第二输出波导组成，输入波导的输出端与锥形波导的输入端连接，锥形波导的输出端分别与第一输出波导的输入端及第二输出波导的输入端连接，其特征是，在锥形波导上设有沟槽，并且，沟槽位于锥形波导的中轴线上且与锥形波导的输出端相邻。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

在锥形波导处引入沟槽（低折射率区），提高了模场的匹配度，使集成型光分路器具有功分比均匀、插入损耗低，工作波长范围大的优点。相对于在锥形波导处制作棱镜或生长低折射率楔区的光分路器，它的结构紧凑，加工难度低，器件良品率高，拓展了器件的应用领域。

附图说明

图1是集成型光分路器芯层第一个实例的结构图。

图2是锥形波导的结构图。

图3是锥形波导的横截面图。

图4是锥形波导的纵向截面图。

图5是波导的制备工艺流程图。

图6是沟槽宽度以及个数与分支输出能量的关系图。

图7是沟槽个数以及分支角度与分支输出能量的关系图。

图8是锥形波导输入端在工作波长为1.55μm时的模场分布图。

图9是锥形波导输出端在工作波长为1.55μm时的模场分布图。

图10是第一输出波导在工作波长为1.55μm时的输出模场分布图。

图11是第二输出波导在工作波长为1.55μm时的输出模场分布图。

图12是集成型光分路器芯层第二个实例的结构图。

图13是集成型光分路器第在工作波长为1.55μm时的光场分布图。

图中1.输入波导，2.锥形波导，3.沟槽，4.第一输出波导,5.第二输出波导，6.第一输出波导与第二输出波导之间的角度；Ⅰ.衬底，Ⅱ.下包层，Ⅲ.芯层,Ⅳ.上包层。

具体实施方式

一种集成型光分路器，包括：衬底Ⅰ，在衬底Ⅰ上设有下包层Ⅱ，在下包层Ⅱ上设有芯层Ⅲ，芯层Ⅲ由输入波导1、锥形波导2、第一输出波导4及第二输出波导5组成，输入波导1的输出端与锥形波导2的输入端连接，锥形波导2的输出端分别与第一输出波导4的输入端及第二输出波导5的输入端连接，其特征是，在锥形波导2上设有沟槽3，并且，沟槽3位于锥形波导2的中轴线上且与锥形波导2的输出端相邻。在本实施例中，

在下包层Ⅱ及芯层Ⅲ的上表面上设有上包层Ⅳ；沟槽3的数量为1~4条，即：沟槽3的数量为1、2、3或4条。

图1是本发明的第一个实例，由输入波导1，锥形波导2，第一输出波导4与第二输出波导5，沟槽3组成。1.55μm波长的单模光信号从输入波导1输入，经锥形波导2，小部分光损耗，剩余部分耦合到第一输出波导4与第二输出波导5中。