[发明专利]一种基于定向耦合结构的少模波导功率分配器及其制备方法

说明书

一种基于定向耦合结构的少模波导功率分配器，属于平面光波导器件技术领域。整个器件基于定向耦合型光波导结构，从左到右依次由平行输入直波导、S弯曲波导、平行直波导耦合臂，S弯曲波导，平行输出直波导构成；从下到上依次由硅片衬底、在硅片衬底上制备的聚合物下包层、在聚合物下包层上制备的两个矩型波导结构的光波导芯层、在聚合物下包层和光波导芯层上制备的聚合物上包层(16)组成，光波导芯层被包埋在聚合物上包层之中；光波导芯层的折射率大于聚合物下包层和聚合物上包层的折射率。相比于传统的单模传输的功率分配器，本发明功率分配器扩展了传输信息容量，且具有和光纤接近的低折射率、与光纤耦合效率高以及抗电磁干扰能力强的优势。

技术领域

本发明属于平面光波导器件技术领域，具体涉及一种以硅片作为衬底、以聚合物材料作为芯层和包层的基于定向耦合结构的少模波导功率分配器及其制备方法，该器件在光学信息处理、光通信等领域具有重要的应用价值和发展前景。

背景技术

几十年来，光通信技术已经取得了长足的进步，单根光纤的容量正逐渐接近香农极限。幸运的是，模分复用(MDM)技术为光通信系统提供了一个新的维度，并且近年来，它被认为是利用少模波导的高阶模式来扩展片上带宽的潜在选择。MDM技术使用不同的模式作为独立的信号载体来传输信号，从而提供新的维度来扩展单个波长信道中的容量。包括模式(解)复用器、模式光开关以及少模光栅耦合器等在内的许多关键元件都已经被证实可以实现片上MDM系统。与单模光通信系统一样，在未来的MDM光网络中，光功率分配器也是一个十分重要的元件，它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，因此研究用于少模信号的功率分配器是十分有意义的。然而，目前的光功率分配器只能实现对基模信号的功率分配，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。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。

与光纤型光功率分配器相比，平面光波导光功率分配器具有波长依赖性小、分光均匀、器件尺寸小、易于集成、稳定性较好等优点。目前，用于制备平面光波导器件的材料主要有无机材料和有机聚合物材料两种，与无机材料相比，有机聚合物材料具有种类繁多、成本低廉、制备工艺简单、抗电磁干扰能力强等优点，而且具有和光纤接近的低折射率，与光纤耦合效率高；在器件制备方面，与半导体工艺相兼容，只需要一些常用的半导体设备和常规制备工艺，不需要复杂昂贵的工艺设备和高难的制备技术，生产成本低、效率高，适合批量生产可实际应用的平面光波导功率分配器。

在平面光波导器件的结构中，定向耦合器是一种最基本的器件结构，且结构设计和实现工艺简单，也是最易于实现的波导耦合方案，在光通信领域具有重要的应用价值。其工作原理是对于两个波导相邻较近时，且波导间传输模式的有效折射率较为接近，则模式间发生耦合。然而，目前的定向耦合器多数用于基模信号之间或者基于与高阶模之间的耦合，对模式具有一定的敏感性。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种以硅片作为衬底、以聚合物材料作为芯层和包层的基于定向耦合结构的少模波导功率分配器及其制备方法。

本发明采用硅片作为衬底，以有机聚合物材料分别作为波导的芯层和包层，充分利用了有机聚合物材料种类多样、加工性强和价格低廉的优势。同时，本发明所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：