[实用新型]一种光隔离器

说明书

技术领域

本实用新型涉及集成光电子技术领域，具体涉及一种光隔离器。

背景技术

隔离器是导波系统用来控制波的单向性的关键元件，光隔离器是光学系统中只允许光单向通过的至关重要的器件。光隔离器广泛用于配合激光器、放大器、发射机等，阻止反向传输的杂散光对光学系统产生干扰。通过在片上加入低插入损耗的光隔离器，还可以实现增加版图设计自由度、增加系统稳定性的效果。集成光电子芯片同样需要光隔离器来构建完整的光学系统，然而在分立器件系统中的光隔离器大多是利用法拉第效应实现的，基于该原理的隔离器插入损耗大、体积大，且采用了非CMOS工艺兼容的铁磁材料，难以实现大规模集成。近年来，国际上部分研究组提出了利用光的非线性效应或是外加的非线性调制实现片上光隔离器。但非线性效应的本质决定了器件的性能受入射光功率的影响，不能对任何功率的杂散光起到隔离效果，且效率较低，隔离带宽窄且不易控制。非线性调制引入了外加能耗，同时还需借助较复杂的结构才能使技术方案得以实现，因此也不是理想的解决方案。此外，上述的方案都会引入超过3dB的插入损耗，这是大规模集成无法承受的。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

提出一种小尺寸、低损耗、无附加能耗、易于加工、成本低廉的无源光隔离器，可以与激光器、放大器、调制器等器件或系统组合使用，也可以增大版图设计的自由度。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种光隔离器，包括：输入波导和输出波导，还包括：实现从导模到回音壁模式的转变的过渡波导和回音壁模式中央谐振腔；

所述回音壁模式中央谐振腔包括谐振腔体和内轮廓线贴合在所述谐振腔体外轮廓线上与所述谐振腔体形成一个整体的腔体波导；所述腔体波导的两端的端面为所述回音壁模式中央谐振腔的连接端面；所述谐振腔体为线段和/或光滑曲线围成的闭合图形，或者为由线段和/或光滑曲线围成的两组闭合线形共同围成的环形；

所述输入波导和过渡波导、回音壁模式中央谐振腔及输出波导依次以串联的形式进行光连接。

优选地，还包括，与所述过渡波导共同实现从导模到回音壁模式的转变的弯曲波导；

所述过渡波导的外轮廓是圆弧，内轮廓为一段能使所述过渡波导宽度逐渐变宽的平滑曲线；

所述弯曲波导的内、外轮廓均为圆弧；

所述弯曲波导光连接在所述过渡波导与所述回音壁模式中央谐振腔之间。

优选地，所述过渡波导的内轮廓为圆锥曲线、过渡曲线、欧拉螺线和样条曲线中的一种。

优选地，所述谐振腔体为：由圆形、椭圆形、矩形中的一种或多种拼接、重叠、组合而成的封闭图形。

优选地，还包括，锥形波导；所述锥形波导为宽度逐渐变窄的波导；所述锥形波导端面面积较大的一端与所述回音壁模式中央谐振腔光连接，另一端与输出波导光连接。

优选地，所述锥形波导与所述回音壁模式中央谐振腔连接时，所述锥形波导的轴线与所述腔体波导的轴线成角为小于180°的正角。

优选地，还包括，弯曲的过渡性波导；所述过渡性波导光连接在所述回音壁模式中央谐振腔与所述锥形波导之间。

优选地，所述过渡性波导的内外轮廓均为圆弧。

优选地，每个光连接处需满足：曲线本身的连续性、曲线的斜率连续性及曲线的方向角连续性。

优选地，组成光隔离器的所有结构部件均采用能制成工作波长范围内传输损耗不大于20dB/mm的波导的绝缘材料或有机物材料制作。

优选地，所述绝缘材料包括：硅、二氧化硅、锗、三五族半导体材料、铌酸锂、硫化玻璃，或由其中两种或两种以上物质构成的混合物。

优选地，所述有机物材料为有机聚合物，或由两种或两种以上类属于有机聚合物的物质构成的混合物。

(三)有益效果

本实用新型一种光隔离器相比现有技术，更进一步的符合大规模集成的性能要求；本实用新型适用于多种材料和材料平台，例如硅、聚合物、锗等材料。本实用新型是迄今为止最接近商用性能标准的片上光隔离器，有望成为未来大规模集成的重要组件；此外，本实用新型除主要适用于以光波的频段范围内的隔离的同时，还进一步的适用于太赫兹频段，具有非常广泛的用途。