[发明专利]磷化铟基模斑转换器及其设计方法

权利要求书

1.一种磷化铟基模斑转换器，包括：

衬底；

缓冲层，位于所述衬底之上，用于提供晶格匹配，减少缺陷；

InGaAsP与InP周期性排列N层形成的稀释波导层，位于所述缓冲层之上，其中N≥3；

垂直楔形结构，位于所述稀释波导层之上，用于模斑转换；

脊型波导，位于所述垂直楔形结构之上，用于协同所述垂直楔形结构完成模斑转换功能。

2.根据权利要求1所述的磷化铟基模斑转换器，其中，所述稀释波导层的InGaAsP层采用折射率渐变来调控稀释波导所支持的模场大小及有效折射率。

3.根据权利要求1所述的磷化铟基模斑转换器，其中，所述垂直楔形结构的材料包括InGaAsP。

4.根据权利要求1所述的磷化钢基模斑转换器，其中，所述垂直楔形结构将稀释波导所支持的模式绝热地转换为所述脊型波导所支持的模式，同时完成光场的上行。

5.根据权利要求1所述的磷化铟基模斑转换器，其中，所述脊型波导的材料包括InGaAsP。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的磷化铟基模斑转换器在特定工作波长下的设计方法，包括：

确定工作波长和相应的光纤模场大小；

选取合适的稀释波导周期层数、结构周期单元厚度、宽度及材料；

对稀释波导结构周期中的InGaAsP层的厚度和材料进行调整；

选取合适的垂直楔形结构材料、结构高度以及脊型波导的材料、宽度和高度；

计算模斑转换效率对应的垂直楔形结构的长度；

若模斑转换器的长度满足需求，便得到不同工作波长下的模斑转换器。

7.根据权利要求6所述的设计方法，还包括：

在对稀释波导结构周期中的InGaAsP层的厚度和材料进行调整后需要判断稀释波导基模模场与光纤模场的匹配程度，若两者模场的重叠积分大于80％说明匹配程度较好，则继续执行后续步骤；若两者模场的重叠积分小于80％说明匹配程度较差，则返回对稀释波导结构周期中的InGaAsP层的厚度和材料进行调整的步骤。

8.根据权利要求6所述的设计方法，还包括：

在选取合适的垂直楔形结构材料、结构高度以及脊型波导的材料、宽度和高度后需要判断稀释波导基模模式有效折射率与脊型波导模式有效折射率是否接近，若二者相差小于0.05，则继续执行后续步骤；若二者相差大于0.05，则返回对稀释波导结构周期中的InGaAsP层的厚度和材料进行调整的步骤。

9.根据权利要求6所述的设计方法，还包括：

若模斑转换器的长度不满足需求，则返回对稀释波导结构周期中的InGaAsP层的厚度和材料进行调整的步骤。

10.根据权利要求6所述的设计方法，其中，稀释波导中的InGaAsP层折射率呈渐变分布。