[发明专利]基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器

权利要求书

1.一种基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器，其特征在于，包括：(n+1)个输入波导、多个弯曲波导、n个不同宽度的锥形波导以及n个锥形连接器；

第一个输入波导通过第一个锥形连接器与第一个锥形波导的一端相连接，第k个锥形波导的另一端通过第k+1个锥形连接器与第k+1个锥形波导的一端相连接，1≤k≤n-1；n个锥形波导的宽度依次递增，所述第一个输入波导、n个锥形波导以及n个锥形连接器连接的结构组成总线波导；

第i个输入波导通过至少一个弯曲波导耦合至第i-1个锥形波导组成第i-1个锥形非对称定向耦合器，所述第i-1个锥形非对称定向耦合器用于将第i个输入波导输入的光信号转换成对应的高阶模式并耦合到所述总线波导进行传输，其中，每个锥形非对称定向耦合器对应的高阶模式不同，2≤i≤n+1；

所述(n+1)个输入波导分别传输(n+1)个不同波长的光信号，(n+1)个输入波导、多个弯曲波导、n个不同宽度的锥形波导以及n个锥形连接器均置于硅基底，所述基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器可以实现(n+1)个不同波长的复用；

设n个锥形波导的首尾宽度依次为w_1a和w_1b，w_2a和w_2b，w_3a和w_3b，…，w_na和w_nb，n个锥形波导耦合区域的中点宽度依次为w₁，w₂，w₃…w_n；第n个锥形波导的宽度通过第n个波长λ_n的相位匹配条件和制作容差Δw_n确定，输入波导对应的基模TE₀和第n个锥形波导耦合区域中点w的相应高阶模TE_n满足相位匹配条件；第n个锥形波导首端宽度w_na和输入波导宽度w-Δw_n，尾端宽度w_nb和输入波导宽度w+Δw_n分别满足相位匹配条件，Δw_n通过平衡耦合效率和耦合长度二者之间的关系确定，其中，w为输入波导支持基模的宽度。

2.根据权利要求1所述的基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器，其特征在于，所述n个锥形非对称定向耦合器的耦合部分的长度依次为L₁，L₂，L₃…L_n，该长度通过模式干涉理论确定，是使耦合效率达到最大的最佳耦合长度。

3.根据权利要求2所述的基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器，其特征在于，第i个输入波导与第i-1个锥形波导的间距为150nm～300nm；在满足工艺制作条件的前提下，该间距有利于光从输入波导到总线波导的耦合，并尽量保证相对较短的耦合长度。

4.根据权利要求1所述的基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器，其特征在于，所述(n+1)个输入波导横截面的宽度取值范围为0.4μm～0.5μm，以满足单模条件，使得波导中的光场只存在基模，有利于光从输入波导到总线波导耦合时模式的转换，有利于基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器与其之外的波导器件进行片上集成。