[发明专利]一种宽谱光功率分束器及功率分配方法

说明书

本发明提供一种宽谱光功率分束器及功率分配方法，包括：第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导存在互作用区，所述互作用区为石墨烯波导作用区域，用于通过调节所述石墨烯波导作用区域的电压大小，以改变所述石墨烯层的光学电导率，对输出的功率进行调节。本发明提供的宽谱光功率分束器可改变输出端口的光功率之比，实现片上可重构，尺寸小，工作范围宽。

技术领域

本发明涉及光电子集成技术领域，具体涉及一种宽谱光功率分束器及功率分配方法。

背景技术

光功率分束器件是集成光子系统中的重要单元器件之一。目前片上系统的光功率分束主要由多模干涉耦合器(Multimode Interference,MMI)实现，通过对多模干涉区域的结构设计，利用多模波导的自映像效应，可以在较小的器件尺寸下实现固定比例的光功率分束器件。传统的多模干涉耦合器通过对多模干涉区域的硅波导进行不同程度的刻蚀，改变自映像点光功率的比例从而实现功率分束功能。然而这类结构一经制作完成则光功率分束比例即固定，对于不同波长或不同分束比需要不同的设计。故传统基于多模干涉耦合器的无源光功率分束器很难满足复杂应用系统中对多种分束比或分束比实时变化的需求。

方向耦合器(Directional Coupler)作为常见的光波导器件，由于其结构精简，工艺容差大，损耗低，均衡性好等优点被应用于诸多场景，如光功率分(合)束，光开关，波分复用，模式转换等。耦合模理论(coupled-mode theory)是方向耦合器的基本原理。二十世纪五十年代，耦合模理论首次被提出，用于解释微波传输线之间的模式微扰。而后，耦合模理论在纳米光波导器件中被广泛应用，其基本思想是用已知无扰动波导的本征模来解释扰动波导的传输状态。

而对于以耦合模理论为基础的方向耦合器，如果我们能够控制并改变两个波导的传输常数，在波导耦合长度L_c处两波导的光强度之比也会发生变化，从而达到控制分光比的作用。

对于常见的硅基波导结构，改变其折射率的方法一般有热调和电调两种。热调主要应用硅的热光效应，通过改变器件结构的温度来实现折射率的改变，这种方式响应速度较慢且可控性较差。由于硅是中心反演对称晶体，其一阶电光系数为0且高阶电光效应很弱，折射率的电调主要是通过掺杂硅的等离子色散效应进行，而自由载流子的掺杂会导致额外的器件损耗，用其作为分光器件使功耗成本大大增加，故其也不适用于光功率分束结构。

因此，如何提出一种方法，能够实现片上光输出功率比可调，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种宽谱光功率分束器及功率分配方法。

第一方面，本发明提供一种宽谱光功率分束器，包括：第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导存在互作用区，所述互作用区为石墨烯波导作用区域，用于通过调节所述石墨烯波导作用区域的电压大小，以改变所述石墨烯层的光学电导率，对输出的功率进行调节。

第二方面，本发明提供的功率分配方法，包括：

从第一波导的输入端输入光信号；

通过调节互作用区的电压大小，调节所述光信号在所述第一波导的输出端和第二波导的输出端的功率输出比例，其中所述互作用区为石墨烯波导作用区域。

本发明提供的一种宽谱光功率分束器及功率分配方法，通过调节波导的相互作用区施加的电压值，并且在波导上增加石墨烯，从而改变硅波导的有效折射率，从而改变定向耦合器两个输出端口的光功率之比，实现片上可重构，尺寸小，工作范围宽，具有较高的工艺容差等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。