[发明专利]一种基于MMI结构的少模波导光功率分配器及其制备方法

说明书

一种基于MMI结构的少模波导光功率分配器及其制备方法，属于平面光波导器件及其制备技术领域。整个器件基于MMI光波导结构，从左至右沿光的传播方向，依次由输入少模直波导、输入锥形波导、多模干涉波导、第一输出锥形波导和第二输出锥形波导、第一输出少模直波导和第二输出少模直波导构成；或由输入少模直波导、输入锥形波导、多模干涉波导、第一输出锥形波导和第二输出锥形波导、第一输出少模直波导和第二输出少模直波导构成；本发明的波导型模式功率分配器结合了MMI光波导结构工艺容差大、尺寸小的特点，实现了可同时对两个和三个光学模式进行功率分配的目的；本发明具有器件生产成本低、效率高、能够大规模批量生产的优良效果。

技术领域

本发明属于平面光波导器件及其制备技术领域，具体涉及一种以硅片作为衬底，以有机聚合物材料作为上包层和下包层，以折射率大于包层材料的有机聚合物材料作为芯层的基于多模干涉(MMI)结构的少模波导光功率分配器及其制备方法。

背景技术

随着云计算、大数据、物联网等互联网技术的迅速发展，人们对信息传输的速度和数量需求都越来越高。传统的电互联由于信道间的串扰以及高频引起的严重损耗，传输数据的能力很难得到进一步提升。而光互联的出现成为解决这一问题的关键。光互联具有信息传输速度快、功耗低、传输损耗小、安全性高等优点，而且采用波分复用、模分复用等复用技术可以进一步提高单物理信道的传输容量。而模分复用作为提高信道容量的关键技术之一得到了广泛应用。

光功率分配器是指能够将光信号进行分配和合成的器件，是光集成器件中最基本的器件之一，还可以实现监控信号的功能。作为光功率分配器的一个重要分支，基于平面光波导结构的模式光功率分配器不仅可以与光纤很好的兼容，而且还具有结构紧凑、可调谐、插入损耗小、模式相关损耗小、设计灵活、种类丰富等优点。且由于采用光刻工艺制作，可以在非常小的面积上实现非常复杂的功能，可以获得非常高的集成度。但传统的光功率分配器只能实现对基模进行功率分配和合成，当高阶模式存在时，由于各个模式的有效折射率不同，高阶模式的耦合比较复杂，很难同时操纵所有的传输模式，在模分复用系统中的应用受到了非常大的限制，进而限制了光通信数据传输容量的进一步提高。因此，亟需开发出一种可以对多个模式同时实现功率分配的光功率分配器。

可用于制备平面光波导光功率分配器的材料体系包括硅、聚合物、铌酸锂等。与无机材料相比，聚合物材料制备平面光波导器件具有制作工艺简单、成本低廉的优点。而且，聚合物材料本身具有介电常数低、光学损伤阈值高、能够与半导体工艺兼容等特点。此外，聚合物材料还可以进行功能掺杂，以得到想要的优良性能，有着很好的发展前景。

发明内容

为了克服传统的光功率分配器的不足，本发明的目的在于提供一种可以处理多个光学模式的基于MMI结构的少模波导光功率分配器及其制备方法。

本发明采用传统的多模干涉(MMI)光波导结构，将其级联可以实现更多数量的功率分配。在平面光波导器件的结构设计中，MMI是一种非常基本的器件结构，也是一种非常容易实现的波导干涉仪方案，在光通信领域和平面光波导模式功率分配器领域具有重要的应用价值。MMI结构主要由输入波导、多模干涉波导、输出波导构成，通过自映像原理实现功率分配的功能。

本发明以硅片作为衬底，以有机聚合物材料作为光波导的下包层和上包层，以折射率不相同的有机聚合物材料作为光波导芯层，其中用于制作光波导芯层的聚合物材料的折射率大于上、下包层材料的折射率。本发明充分利用了现有的聚合物材料具有种类多、加工性强、成本低廉、可以进行掺杂获得更好的性能的优点。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、适于大规模生产，因而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：