[发明专利]一种具有大制作容差的超短垂直波导耦合器

摘要

本发明公开了一种具有大制作容差的超短垂直波导耦合器。该耦合器垂直方向上由上波导、间隔层和下波导构成。在传播方向上，垂直耦合器分为输入区域、耦合区域以及输出区域。在耦合区域，上波导的宽度逐渐变小，分成前段、中段和后段；前段和后段为上波导宽度快速收缩段，中段为模式转移段。本发明通过减小上下波导之间的间隔层的厚度来增大耦合系数，从而缩短耦合器的长度；在耦合区域的中段，设置合适的上波导宽度递减速率以及合适的长度，使上波导的宽度因为实际制作精度的局限产生偏差时，上波导的模式仍然能向下波导高效转移，从而实现大的制作容差。

主权项

1.一种具有大制作容差的超短垂直波导耦合器，其特征在于，所述超短垂直波导耦合器从上到下的垂直截面上，分别为上波导、间隔层和下波导；在传播方向上，所述超短垂直耦合器分为输入区域、耦合区域及输出区域；在所述输入区域，上波导的模式传播常数β₁大于下波导的模式传播常数β₂，上下波导的模式传播常数差的一半、即δβ，δβ大于两波导间的耦合系数κ，即δβ＞κ，δβ＝(β₁‑β₂)/2，上波导模式不受下波导存在的影响；在所述耦合区域，随着所述上波导的宽度逐渐变小，分成顺序衔接的三段：前段、中段和后段；前段和后段为上波导宽度快速收缩段，中段为模式转移段；通过减小上下波导之间的间隔层的厚度增加两波导间的耦合系数κ，从而减小耦合长度，耦合系数增加的上限为输入区上下波导间能实现的最大传播常数差的一半δβ；在耦合区域的中段，上波导宽度逐步减小，上波导的宽度逐步减小满足以下公式：β₁(A)＝β₂+Δββ₁(B)＝β₂‑Δβ上式中，β₁(A)为耦合区域中段的上波导的起始宽度所对应的模式传播常数，β₁(B)为上波导的末端宽度所对应的模式传播常数，Δβ为上波导的最大制作容差所带来的上波导模式传播常数的偏移量；耦合区域的中段的长度为L_c的1.5～4倍，L_c定义为直波导耦合长度，L_c＝π/(2κ)。