[發(fā)明專利]基于光子晶體的低片內(nèi)反射型光功率分路器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910263090.2
• 申請(qǐng)日: 2009-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN101726800A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫小菡;于兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/28
• 分類號(hào): G02B6/28
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 黃雪蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光子器件領(lǐng)域，涉及一類新型的集成光無源器件，具體地說是一 種基于光子晶體的低片內(nèi)反射型光功率分路器。

技術(shù)背景

光功率分路器件(以下簡稱功分器)是光纖通信網(wǎng)絡(luò)干路連接終端用戶不可 或缺的器件單元，在光纖到戶無源光網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用；并隨著光互連在 高性能計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用，功分器也是關(guān)鍵器件之一。然而早期的光纖型分路器功 分不均勻、體積大，在需要大端口數(shù)的場合難以應(yīng)用。此后出現(xiàn)的平面光波光路 型功分器采用光刻等工藝在石英等材料上制作功分器使得器件的體積大為縮小 但成本較高。

提高集成度形成批量化生產(chǎn)是目前降低成本極具潛力的途徑之一。而光子晶 體基于帶隙導(dǎo)光的機(jī)理使其在進(jìn)一步提高光路的集成度方面具有較大的潛力。

以往多端口輸出的功分器多是以1×2的分路單元通過級(jí)聯(lián)的方式形成多端 口輸出的功分器，因而該類器件的尺寸較大一般在厘米量級(jí)。為進(jìn)一步縮小功分 器的器件尺寸，基于自鏡像原理的多模干涉型波導(dǎo)(MMI)結(jié)構(gòu)被廣泛的應(yīng)用 于功分器的制作當(dāng)中。MMI可以用1×n(n≥2)多分路單元取代1×2分路單 元，再經(jīng)過級(jí)聯(lián)構(gòu)成多端口輸出的功分器。在輸出端口數(shù)目一定的情況下，隨著 n的增加，級(jí)聯(lián)的數(shù)目就會(huì)隨之減少，整個(gè)器件的尺寸也會(huì)大為縮小。然而片內(nèi) 反射問題一直是影響MMI型功分器包括基于光子晶體的MMI型功分器性能的 主要因素之一，如何降低片內(nèi)(多模干涉區(qū))反射成為了MMI型功分器走向?qū)? 用化的瓶頸之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種能夠降低反射并保證輸出功率的基于光子晶體的低片內(nèi)反 射型光功率分路器。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于光子晶體的低片內(nèi)反射型光功率分路器，包括：光子晶體型多模干 涉型波導(dǎo)，在光子晶體型多模干涉型波導(dǎo)的兩端分別設(shè)有輸入端和輸出端，光子 晶體型多模干涉型波導(dǎo)包括相互連接的直波導(dǎo)和喇叭形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述的輸入端 設(shè)在喇叭形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上，所述的輸出端設(shè)在直波導(dǎo)上，喇叭形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的開口朝 向輸出端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

由于采用光子晶體制作功分器，基于光子帶隙導(dǎo)光機(jī)理可以使得器件的結(jié)構(gòu) 更為緊湊，有利于器件大規(guī)模集成從而形成批量生產(chǎn)最終降低器件的成本；另外 由于本發(fā)明在輸入端引入了喇叭形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和輸出楔形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)使得器件本身 在輸入和輸出端面的反射降低從而提高了輸出的功率，并且降低了反射光對(duì)輸入 信號(hào)的干擾，與傳統(tǒng)的光子晶體型功分器相比峰值反射功率降低了60％。

附圖說明

圖1是光子晶體低片內(nèi)反射型功分器分路示意圖。

圖2是傳統(tǒng)光子晶體型功分器。

圖3是光子晶體結(jié)構(gòu)橫截面圖

圖4是光子晶體帶隙圖。

圖5是歸一化反射功率隨仿真時(shí)間的變化圖。

圖6是在不同時(shí)刻光脈沖在功分器中傳輸?shù)哪鰣D，其中(a)-(c)分別是低片 內(nèi)反射型功分器在光脈沖傳播時(shí)刻為177fs，300fs，367fs處的模場圖，(d)-(f)分 別是傳統(tǒng)型功分器在光脈沖傳播時(shí)刻為177fs，300fs，367fs處的模場圖。

具體實(shí)施方式

一種基于光子晶體的低片內(nèi)反射型光功率分路器，包括：光子晶體型多模干 涉型波導(dǎo)1，在光子晶體型多模干涉型波導(dǎo)1的兩端分別設(shè)有輸入端4和輸出端 3，光子晶體型多模干涉型波導(dǎo)1包括相互連接的直波導(dǎo)11和喇叭形波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 12，所述的輸入端4設(shè)在喇叭形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)12上，所述的輸出端3設(shè)在直波導(dǎo)11 上，喇叭形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)12的開口朝向輸出端3。在本實(shí)施例中，輸出端3為楔形， 所述的光子晶體型多模干涉型波導(dǎo)1包括介質(zhì)基座51，在介質(zhì)基座51上設(shè)有光 隔離層52，在光隔離層52上設(shè)有介質(zhì)圓柱53并由介質(zhì)圓柱形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

光波從圖1的輸入端4入射，通過喇叭形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)12，再進(jìn)入直波導(dǎo)11， 在11中產(chǎn)生自鏡像效應(yīng)在輸出端產(chǎn)生兩個(gè)自鏡像，然后通過輸入端波導(dǎo)3輸出。 若在輸出端產(chǎn)生片內(nèi)反射，則反射波首先進(jìn)入直波導(dǎo)11，再發(fā)生一次自鏡像效 應(yīng)，進(jìn)而會(huì)在輸入端產(chǎn)生一個(gè)自鏡像由輸入端輸出。功分器內(nèi)剩余的反射則主要 由入射光場中相位不相匹配的分量無法在輸出端形成兩個(gè)自鏡像從而在功分器 內(nèi)部形成類似駐波的反射。通過分別在功分器的輸入端4和輸出端3引入了喇叭 形結(jié)構(gòu)和楔形結(jié)構(gòu)可以有效的降低這兩種反射。

為了對(duì)比傾斜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對(duì)片內(nèi)反射的影響，分別仿真了本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)如 圖1和傳統(tǒng)光子晶體型功分器結(jié)構(gòu)如圖2。圖3給出了光子晶體橫截面圖，對(duì)應(yīng) 于圖1和圖2中的光子晶體結(jié)構(gòu)，周期性圓柱結(jié)構(gòu)可以由空氣構(gòu)成也可以由介質(zhì) 構(gòu)成。圖4給出了光子晶體帶隙結(jié)構(gòu)圖。由該圖可知光子晶體在不同的工作波長 下具有較強(qiáng)的偏振相關(guān)性，然而對(duì)于由光子晶體構(gòu)成的多模干涉型波導(dǎo)基于全內(nèi) 反射導(dǎo)光的機(jī)理能夠很好的緩解偏振相關(guān)性問題。圖5給出了圖1和圖2結(jié)構(gòu)歸 一化反射功率隨時(shí)間的變化曲線。由圖可知反射主要可以分為兩個(gè)區(qū)域：Range?I 和Range?II。對(duì)于Range?I而言反射主要由輸出端的反射所導(dǎo)致，由該圖可見輸 出端的傾斜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠有效的降低輸入端的反射。對(duì)于Range?II而言反射主要 為相位失配所導(dǎo)致的駐波反射。由圖5可知在輸入端的傾斜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠有效的 降低該種反射。在輸入和輸出端引入的傾斜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的峰值反射功率相比傳統(tǒng)光 子晶體型功分器降低了超過60％。圖6給出了在不同時(shí)刻圖1和圖2結(jié)構(gòu)下光脈 沖模場的分布圖。由圖可以直觀的看出傾斜波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的引入極大降低了反射波的 峰值功率。