[實用新型]一種波導模式轉換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420481940.2
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN204009131U
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設計）人: 周治平;鄧清中
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本實用新型涉及集成光電子器件領域，尤其涉及一種波導模式轉換器。

背景技術

溝道波導(Slot waveguide)可以將光場能量限制在低折射率介質(zhì)(溝道區(qū)域)內(nèi)，因而在集成光電子器件領域具有諸多應用，例如熱穩(wěn)定微環(huán)諧振腔(athermal microring resonator)、偏振分束器(polarization beam splitter)、光放大器(optical amplifier)、非線性光電器件(nonlinear optical devices)、高性能電光調(diào)制器(high performance electro-optic modulator)等功能型器件。然而相比于條形波導(strip waveguide，～2dB/cm)，溝道波導在傳導光場時損耗較大(～10dB/cm)，因此溝道波導在集成光電子器件系統(tǒng)中通常是作為輔助結構，只在器件的功能區(qū)域使用。而條形波導則作為集成光電子器件系統(tǒng)中傳導光場的基本結構。這使得基于溝道波導的光電子器件必須進行條形波導與溝道波導間的耦合。但由于光場模式分布的不同，條形波導和溝道波導之間無法直接實現(xiàn)高效率的耦合。研究人員已經(jīng)提出了兩種波導模式轉換器(mode converter)來解決這一問題，如圖1(a)，(b)所示。但是這兩種波導模式轉換器中都采用了尖銳的楔形結構，因而加工困難。

實用新型內(nèi)容

本實用新型提供一種波導模式轉換器，以解決現(xiàn)有技術中的波導模式轉換器加工困難的技術問題。

本實用新型提供一種波導模式轉換器，包括：

多模波導區(qū)域2和寬度漸變的溝道波導區(qū)域3，所述多模波導區(qū)域2的一端用于連接條形波導1，另一端連接所述寬度漸變的溝道波導區(qū)域3的一個波導端面，所述寬度漸變的溝道波導區(qū)域3的另一波導端面用于連接溝道波導4，所述寬度漸變的溝道波導區(qū)域3中的溝道與所述溝道波導4的溝道一一對應。

進一步地，

所述寬度漸變的溝道波導區(qū)域3包括一個或多個溝道。

進一步地，

所述多模波導區(qū)域2為矩形。

進一步地，

所述寬度漸變的溝道波導區(qū)域3寬度線性漸變，即為梯形溝道波導區(qū)域。

進一步地，

所述波導模式轉換器為非良導體材料波導，或非良導體材料與金屬結合的表面等離子體波導。

進一步地，所述表面等離子體波導為：

非良導體材料表面覆蓋一層金屬的表面等離子體波導。

進一步地，

所述非良導體材料為電介質(zhì)、半導體或有機物。

進一步地，

所述電介質(zhì)為二氧化硅、二氧化鈦或氧化鎵；

和/或，所述半導體為硅、鍺、氮化硅或三五族光電子化合物材料。

進一步地，

所述三五族光電子化合物材料為磷化銦或氮化鎵。

進一步地，所述表面等離子體波導為：

硅或二氧化硅表面覆蓋一層銀或金的表面等離子體波導。

可見，本實用新型提供的波導模式轉換器利用多模干涉結構的自鏡像原理可以實現(xiàn)超低損耗的條形波導與溝道波導間的模式轉換。本實用新型中的波導模式轉換器尺寸小，轉換效率高，工作帶寬寬，工藝容差大，易于加工的特點，在集成光電子領域具有很高的應用價值。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現(xiàn)有技術中兩種波導模式轉換器的結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例波導模式轉換器的基本結構示意圖；

圖3現(xiàn)有技術中的兩種波導模式轉換器與本實用新型實施例所提供的波導模式轉換器結構對比示意圖；

圖4是本實用新型實施例中波導模式轉換器的光場能流密度分布示意圖；

圖5是本實用新型實施例中仿真及測量得到的條形波導和溝道波導耦合效率與波導模式轉換器長度的關系；

圖6是本實用新型實施例中測量得到的條形波導和溝道波導耦合效率與光波波長的關系；

圖7是本實用新型實施例中仿真得到的條形波導和溝道波導耦合效率隨結構參數(shù)尺寸變化的關系。

具體實施方式