[发明专利]基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器

说明书

本发明公开一种基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器，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；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，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；本发明可以实现(n+1)个不同波长的复用。

技术领域

本发明涉及集成光学技术领域，更具体地，涉及一种基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器。

背景技术

片上光互连复用技术具有很多独特的地方，相关方面的研究也已经成为领域的热点。对于多通道复用光互连系统而言，片上集成(解)复用器是其中关键的器件之一。波分复用(WDM)是光纤通信系统中常用的技术，用以增加总传输带宽。

现有技术中实现波分复用的器件主要有阵列波导光栅(AWG)、刻蚀衍射光栅(EDG)、微环谐振器(MRR)、马赫—曾德尔干涉仪(MZI)、多模干涉耦合器(MMI)等。传统的波分复用器，如阵列波导光栅和刻蚀衍射光栅，器件尺寸和插入损耗都比较大，不易于和其他器件进行片上集成；而基于微环谐振器、马赫-曾德尔干涉仪和多模干涉耦合器的波分复用器，虽然尺寸较阵列波导光栅和刻蚀衍射光栅来说尺寸较小，但依然不能满足片上集成对器件小尺寸的要求，而且在波长通道扩展和设计灵活性方面还有待提高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器，其目的是在小尺寸的波导结构上实现不同波长的复用，解决片上波导尺寸大，制作容差小，不易于扩展的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器，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。

可选地，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_n的相应高阶模TE_n满足相位匹配条件；