[实用新型]一种双模式功率分束器

说明书

本实用新型提供了一种双模式功率分束器，包括衬底，所述衬底上设有顶层硅，顶层硅包括优化区，所述优化区的一端设置输入波导，另一端设置第一输出波导和第二输出波导，所述第一输出波导和第二输出波导输出不同的模式，所述优化区被划分为N×M个同等大小的正方形单元，通过调整所述正方形单元中心的状态，形成一个满足预定输出目标的非周期性打孔阵列，所述输出目标是指第一输出波导和第二输出波导的光功率的比值为50：50；本实用新型提供的双模式功率分束器能实现以50：50的功率比分束输出，同时实现模式的转换，可广泛应用在模分复用系统。

技术领域

本实用新型属于微纳光电子元器件技术领域，具体是涉及到一种双模式功率分束器。

背景技术

光子集成电路(Photonic integrated circuit,PIC)为在芯片上实现大规模光互连提供了很有潜力的平台。模分复用(Mode division multiplexing,MDM)技术可以通过多模式波导中的正交本征模式传输多通道的数据，是增加通信容量的有效手段。其中，支持多模式的功率分束器是模分复用系统必不可少的组成成分，它被广泛用于反馈电路、功率分束和功率监控等领域。

事实上，功率分束器很早就引起了研究者的兴趣，比如使用“Y”分支模型设计的功率分束器，但是像这样依赖先验物理模型传统方法设计的器件，优化过程计算的参数空间较小，自由度较低，器件尺寸较大，难以应用于未来大规模的光子集成系统。

随着近年来微纳加工工艺的进步和计算机技术的发展，智能算法应运而生，不少基于算法设计的器件突破了传统思维的局限，实现了相比于传统器件更加优异的性能。2016年， Luluzi Lu等人用直接二进制搜索(Direct binary search,DBS)算法设计和加工了尺寸仅有 2.72μm×2.72μm的功率分束器，但是这个器件仅仅支持TE₀模式运行。此后，在2018年和2020 年，Weijie Chang和Hucheng Xie分别使用智能算法实现了支持双模式和三模式的小尺寸功率分束器，但是此器件输入和输出都是相同的模式，难以对不同模式监控和测试。

鉴于此，设计一种使用智能算法的多模式功率分束器，来监控和测试不同模式，对于模分复用系统具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对缺乏同时输出不同模式的功率分束器的现状，提供一种能实现以50：50的功率比分束输出，同时实现模式的转换，可广泛应用在模分复用系统的双模式功率分束器。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下，一种双模式功率分束器，包括衬底，所述衬底上设有顶层硅，顶层硅包括优化区，所述优化区的一端设置输入波导，另一端设置第一输出波导和第二输出波导，所述第一输出波导和第二输出波导输出不同的模式，所述优化区被划分为N×M个同等大小的正方形单元，通过调整所述正方形单元中心的状态，形成一个满足预定输出目标的非周期性打孔阵列，所述输出目标是指第一输出波导和第二输出波导的光功率的比值为50：50。

优选的，所述正方形单元中心的状态为打孔或不打孔。

优选的，所述正方形单元中心打孔包括打圆形孔或腰型孔。

优选的，所述衬底的厚度为3μm，顶层硅的厚度为220nm，所述腰型孔的圆弧直径为90nm，腰型孔的直线边长为30nm，所述圆形孔的直径为90～120nm，所述输入波导的宽度为500nm。

优选的，所述优化区的尺寸为2520nm×2520nm，输入波导中心线距离优化区上下边的距离分别为1060nm和1460nm，第一输出波导宽度为500nm，第二输出波导宽度为900nm。

优选的，所述优化区的尺寸为3300nm×2400nm，输入波导中心线距离优化区上下边的距离分别为1450nm和1850nm，第一输出波导宽度为900nm，第二输出波导宽度为1300nm。