[發明專利]一種多通道集成光波導模式復用-解復用器

有效

• 申請號: 201210394686.8
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN103023600A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 戴道鋅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04J14/04
• 分類號: H04J14/04;H04J14/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種復用-解復用器，尤其是涉及用于模式復用系統的一種多通道集成光波導模式復用-解復用器。?

背景技術

眾所周知，長距離光通信已經取得巨大成功。同樣地，光互連作為一種新的互聯方式，可克服傳統電互聯存在的瓶頸問題，引起了廣泛關注。自1984年J.?W.?Goodman提出在VLSI中采用光互連方案以來，光互連研究已取得了巨大進展。當前光互連不斷向超短距離互聯推進，其通信容量需求日益增長。針對光互連系統數據傳輸量大的特點，最直接的方法是借用長距離光纖通信系統中常用的波分復用（WDM）技術。?

然而，波分復用系統需要多路激光器或可調諧激光器等價格昂貴的元件或模塊，因而成本很高，很大程度上將限制它在光互聯系統中的廣泛應用。因此，亟需發展新的復用技術，從而降低波分復用系統的成本。模式復用技術在多模光纖通信中很早就被提出，但由于光纖模式控制（如轉化、激發）技術的難題使之進展緩慢。我們注意到，在片上光互連系統中數據傳輸所采用的是平面光波導鏈路，因而具有非常好的偏振保持/控制能力。這為模式復用技術在光互連系統中的應用提供了一個極好的先決條件，其核心器件是模式（解）復用器。文獻【Maxim?Greenberg等，“Simultaneous?dual?mode?add/drop?multiplexers?for?optical?interconnects?buses，”Optics?Communications?266?(2006)?527–531】設計了一種基于功率漸變（adiabatic?power?transfer）原理的雙模插分復用器，同時上傳/下載兩個模式，但其設計復雜，不易于拓展，且僅工作于單個偏振。文獻【S.?Bagheri,?and?William?M.?J.?Green?“Silicon-on-insulator?mode-selective?add-drop?unit?for?on-chip?mode-division?multiplexing,”?6th?IEEE?International?Conference?on?Group?IV?Photonics,?2009?(GFP?'09),?Page(s):?166-168,?9-11?Sept.?2009】給出了一種基于多級模式耦合的雙模插分復用器，但僅實現了基模和第一高階模的復用，其結構復雜、設計不便、器件尺寸大、且不易于擴展至更多通道的模式復用?？傊壳澳Ｊ剑ń猓陀眉夹g相關研究仍然很少，尤其用于片上光互連系統的集成光波導模式復用-解復用器更是鮮見，且已有少量報道的模式（解）復用器僅工作于單個偏振，通道少、擴展性差，難以滿足大容量多通道的需求。因此，亟需發展一種適合于模式復用系統的多通道集成光波導模式復用-解復用器。?

發明內容

針對背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種多通道集成光波導模式復用-解復用器，從而實現將多路信號分別加載至同一條多模波導的N個本征模上，形成模式復用，實現大容量的數據傳輸。進一步的結合偏振復用技術，進一步地擴大容量。?

本發明采用的技術方案是，它包括：?

本發明的N+1條輸入光波導是單模光波導，用于接收所述光，N>0；其中：

第0輸入光波導末端依次連接有第一錐形光波導、第一多模光波導、第二錐形光波導、第二多模光波導、…、第n錐形光波導、第n多模光波導、…、第N錐形光波導、第N多模光波導、輸出多模光波導；

第n輸入波導，n=1，…，N，各輸入光波導末端均依次連接有各自的一個S形彎曲光波導結構、耦合區光波導和另一個S形彎曲光波導結構；耦合區光波導與第n多模光波導相靠近以發生倏逝波耦合，耦合器光波導的長度滿足如下條件：使耦合區光波導的基模完全耦合到第n多模光波導的第n階高階模；

第n多模光波導的第n階高階模是橫電模，或是橫磁模，n=1、…、N。

第一多模光波導、第二多模光波導、…、第N多模光波導的寬度依次增大，并各自支持至少2、3、…、N+1個本征模式；輸出多模光波導寬度大于或等于第N多模光波導的寬度。?

第一錐形光波導、第二錐形光波導、…、第N錐形光波導首尾兩端的寬度分別等于與之相連的多模波導寬度，此N個錐形光波導的錐度均滿足絕熱條件，即光場經過錐形光波導之后不激發新的模式。?

耦合區光波導和第n多模光波導的寬度的設計條件是，使耦合區光波導的基模與第n多模光波導的第n+1個高階模滿足位相匹配條件；耦合區光波導的長度選取規則是，使得耦合區光波導的基模完全耦合到第n多模光波導的第n階高階模。?