[发明专利]一种基于不对称定向耦合器的平行多模交叉结构

说明书

本发明涉及一种基于不对称定向耦合器(ADC)的平行多模交叉结构，该交叉结构通过设置第一多模波导、第二多模波导、第三多模波导、位于第一多模波导和第二多模波导之间的第一单模波导队列和位于第二多模波导和第三多模波导之间的第二单模波导队列，多模波导由n‑1个直波导段和锥形波导段首尾连接而成，单模波导队列中包含n个子单模波导，子单模波导由第一波导段、180°弯曲波导段、第二波导段依次首尾连接而成，多模波导中的直波导段和单模波导中的第一波导段和第二波导段各构成一个ADC，该波导交叉结构能够实现高集成度、低损耗、低串扰的多模式交叉，并可以轻易的进行更多模式交叉的扩展。

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种基于不对称定向耦合器的平行多模交叉结构。

背景技术

现代光子技术的发展对器件的集成性，片上器件密度、功能、性能等要求越来越高，这使得单芯片上光波导之间交叉次数大大增加。近年来，绝缘体上硅(SOI)平台上的模分复用(MDM)技术为进一步提高片上光互连的传输光谱效率和容量提供了一种更有前途和更有吸引力的方法。同时，SOI(Silicon On Isolator)材料作为光集成研究的热点材料具有导光特性好，然而SOI的芯包折射率差较大使其导模的空间发散角很大，从而导致光在波导交叉的部分会产生显著的散射。SOI光波导单次直接交叉会导致严重的串扰和多模激发，大量交叉产生的损耗和串扰对单芯片而言将难以接受。

对于光波导交叉单元，散射功率与波导材料的折射率差成正比。在高折射率差的材料中，因光波导交叉而产生损耗和串扰问题显得尤为尖锐。波导交叉作为密集集成的MDM光网络的重要组成部分，近些年报道的多模波导交叉主要基于不同的方案：MMI耦合器，二维纳米结构，麦克斯韦鱼眼透镜。然而，这些结构会出现难于满足多个模式的交叉或工艺、制造难度大等问题。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种基于不对称定向耦合器的平行多模交叉结构，该多模交叉结构至少包括以下方案。

一种基于不对称定向耦合器的平行多模交叉结构，其包括第一多模波导、为直波导的第二多模波导、第三多模波导、位于第一多模波导和第二多模波导之间的第一单模波导队列和位于第二多模波导和第三多模波导之间的第二单模波导队列；

所述第一多模波导由第1直波导段和第1锥形波导段、第2直波导段和第2 锥形波导段……、第t-1直波导段和第t-1锥形波导段依次首尾连接而成，t≥2；

所述第三多模波导由第1锥形波导段和第1直波导段、第2锥形波导段和第2直波导段……、第t-1锥形波导段和第t-1直波导段依次首尾连接而成；

所述第一单模波导队列包括第1子单模波导、第2子单模波导……、第t 子单模波导；所述第1子单模波导至第t-1子单模波导均由第一波导段、180°弯曲波导段、第二波导段依次首尾连接而成；所述第t子单模波导由180°弯曲波导段和第二波导段依次首尾连接而成；

所述第二单模波导队列包括第1子单模波导、第2子单模波导……、第t 子单模波导；所述第1子单模波导由第二波导段和180°弯曲波导段依次首尾连接而成，第2子单模波导至第t子单模波导均由第二波导段、180°弯曲波导段、第一波导段依次首尾连接而成；所述第1子单模波导的180°弯曲波导段连接至所述第三多模波导的第1锥形波导段；

所述多模波导的直波导与所述子单模波导的第一波导段及第二波导段各构成一个ADC；

带有t个模式的光信号传输进入第一多模波导，经ADC解复用转化为基模，所述基模经由第一单模波导队列传输至第二多模波导，经ADC复用同时转化为第二多模波导中第t+1模式的反向传输光信号，该第t+1模式的光信号经ADC 解复用转换为基模，所述基模经由第二单模波导队列传输至第三多模波导，经 ADC复用同时转化为第三多模波导中t个模式的光信号。

所述多模波导的宽度至少支持前t+1个TEi模式的传输，其中，i＝0，1，……，t。