[发明专利]一种基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器及其制备方法

说明书

一种基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器及其制备方法，属于平面光波导光功率分配器及其制备技术领域。整个器件基于Y分支结构，从左到右依次由输入直波导，输入锥形波导，两个相同结构弯曲波导组成的3‑dB Y分支分束器，第一输出直波导和第二输出直波导构成一分二的光功率分配器，进行级联后可以得到一分四的光功率分配器。本发明采用硅片作为衬底，以有机聚合物材料作为光波导的上、下包层，以另一种聚合物作为光波导结构的芯层(芯层材料的折射率大于包层材料的折射率)，利用了有机聚合物材料加工性强、种类繁多的优势。同时，本发明采用的制备工艺简单且与半导体工艺兼容、易于集成、能够大规模生产，具有重要的实际应用价值。

技术领域

本发明属于平面光波导光功率分配器及其制备技术领域，具体涉及一种以硅片作为衬底、以折射率不同的两种有机聚合物材料分别作为光波导结构的上、下包层和芯层的基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器及其制备方法。

背景技术

随着信息社会的发展，人们的生产生活对数据的传输速度和数量越来越高，电互联的频率越来越高，引起了带宽受限、信号失真、干扰较大等问题，实现超高速电路遇到了瓶颈。然而，光通信的出现突破了这一瓶颈，使远距离高速通信成为了可能，极大的方便了人们的生产和生活，因此，光通信成为了二十一世纪最重要的科技进展之一。近十年内，光纤通信发展迅速，因为它具有大带宽、传输速度高的优点，完美的满足了光通信系统的需求。

随着物联网、大数据的迅速发展，社会信息化程度不断提高，需要传输的数据数量呈指数增长，纵观光纤通信技术的发展，每一次信息容量能够以数量级的规模进行提高，都归因于对光波复用潜力的挖掘。在波长、相位、振幅等维度都被充分利用的情况下，模分复用技术进一步扩大了信息传输容量，日益严峻的传输容量危机得到了解决。模分复用是指多个相互正交的光学模式作为独立的信道，各自承载不同的信息，在同一根少模波导中同时进行传输，实现了信息传输数量的成倍增长。

为了高效的进行数据传输，光通信需要众多的功能器件来实现对光的传输和转换，光功率分配器就是其中非常重要的器件之一。光功率分配器可以减轻处理庞大且种类繁多的信息时的复杂性和网络负担，这在未来的光网络中是十分有意义的。但是，传统的光纤型光功率分配器具有体积大、损耗大、稳定性差、封装费用高的缺点，而平面光波导光功率分配器有效的解决了这些问题，成为了研究人员的重要研究对象。平面光波导光功率分配器的优势在于波长依赖性小、分光均匀、器件尺寸小、可以进行高度集成、损耗较低、稳定性较好，利用现有的半导体工艺可以非常容易的制备，可以进行大规模生产，而且生产成本较低。

根据材料的不同平面光波导功率分配器也可以分为绝缘体上硅、铌酸锂、聚合物等。与无机材料相比，聚合物材料制备工艺简单，只是通过旋涂、压印、固化等工序使聚合物在特定区域成膜，制备工艺简单且制备成本较低。并且有机聚合物材料可以在分子的水平上进行结构设计，从而获得最佳的光学特性，因此，聚合物材料逐渐成为极具发展和应用前景的实现低成本、高性能光子器件的基础材料。

在平面光波导器件的结构设计中，Y分支是一种最基本的结构，在光通信领域和平面光波导光功率分配器领域都具有非常重要的应用价值。Y分支光功率分配器具有的波长和偏振不敏感以及输出均匀性等优点，结构简单易于设计，而且易于级联。然而，传统的Y分支光功率分配器只能处理基模，不能对更高的模式进行处理，这限制了其在模分复用系统中的应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可级联的基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器及其制备方法。

本发明采用硅片作为衬底，以有机聚合物材料作为光波导的上、下包层，以另一种有机聚合物作为光波导结构的芯层(芯层材料的折射率大于包层材料的折射率)，利用了有机聚合物材料加工性强、种类繁多的优势。同时，本发明采用的制备工艺简单且与半导体工艺兼容、易于集成、能够大规模生产，具有重要的实际应用价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：