[發明專利]一種低散射損耗交叉波導及其制造方法

有效

• 申請號: 201710972357.X
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107505674B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 布蘭特·埃弗雷特·李特爾
• 申請（專利權）人: 西安奇芯光電科技有限公司
• 主分類號: G02B6/10
• 分類號: G02B6/10;G02B6/122;G02B6/125
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明涉及一種低散射損耗交叉波導及其制造方法，波導包括芯層及包層，芯層包括至少兩個微擾結構，微擾結構能夠激發一個或多個高階模式或能夠將高階模的能量分配至基模中；交叉波導包括相互交叉的第一波導與第二波導，第一波導與第二波導均具有芯層與包層；第一波導和/或第二波導的芯層上間隔設置有至少兩組微擾結構，至少一組微擾結構位于輸入波導部分，至少一組微擾結構位于輸出波導部分；輸入波導部分的微擾結構將基模激發為一個或多個高階模，使得模場振幅的聚焦發送在交叉點的中心位置處，輸出波導的微擾結構將高階模的能量重新分配至基模中，使得信號功率集中在基模中。本發明通過在波導上設置微擾結構改變模場模式，結構簡單。

技術領域

本發明屬于一種光信號傳輸裝置，具體涉及一種波導、低散射損耗交叉波導及其制造方法。

背景技術

在高密度的集成光路中，波導之間的交叉是不可避免的。當一根波導穿過另一根波導如圖1所示時，光在傳輸過程中會有一定的散射損耗。損耗來自于交叉區域光場的散射，交叉區域處的波導不能很好地限制光場，模場在交叉區域也會發散，其相位的前沿形成拋物線型的彎曲，具有發散波的特征(如圖2A及圖2B所示)。交叉區域另一側的波導(即原波導的延續部分)不能夠很好地接受該發散的模場。

發明內容

圖3A給出的是一個有兩根直波導垂直交叉形成的波導交叉結構俯視圖，圖3B給出的是寬度為w高度為h的矩形波導截面圖，圖3C給出的是從波導左側輸入基模向右傳播的模場仿真圖。可以看出，交叉處引起模場的擾動和功率的損失。圖中所用的仿真參數為w＝2.5μm，芯層折射率n_co＝1.70，包層折射率n_cl＝1.45，波長為1.55μm。波導可以認為是平板波導(h非常大)。在波導交叉處，有5.1％的功率損失。

交叉處的散射損耗可以通過合理地設計波導結構來達到最小。既然光場在交叉區域趨向于發散，故理論上可以設計一個透鏡使其重新聚焦于輸出波導上。

波導可以通過激發基模和一個或多個高階模的混合模場來模擬棱鏡的作用。當基模和高階模在波導中同時傳輸時，光場在傳播過程中會周期地發散或會聚，這可以看作是周期地聚焦和離焦。圖4A中所示的平板波導的寬度為W，芯層折射率為n_co，包層折射率為n_cl，長度為L?；Ｓ刹▽ё髠容斎胂蛴疫厒鬏?。離基模輸入一段距離處，同時輸入三階模，在該仿真過程中，三階模場的能量是基模能量的3％。圖4B顯示的是波導中的模場圖，其中，A為基模輸入處，B為三階模輸入處，在三階模輸入之后，波導中的模場在傳輸過程中出現周期性的發散和會聚。如果波導的交叉區域正好在模場的會聚區域，則該結構的散射損耗會降低。

通過上述分析，本發明的目的是提供一種具有微擾結構的波導、低散射損耗交叉波導及其制造方法，通過在交叉波導上設計微擾結構，使模場振幅的聚焦發生在交叉點中心位置處。

本發明的技術解決方案是提供一種波導，包括芯層及包層，其特殊之處在于：上述芯層包括至少兩個微擾結構，上述微擾結構能夠激發一個或多個高階模式或能夠將高階模的能量分配至基模中。

優選地，上述微擾結構可以是位于波導芯層外壁。

優選地，上述微擾結構可以為向芯層軸向中心線方向凹進或向包層方向凸起的結構。

優選地，兩兩凹進或兩兩凸起結構可以分別分布在芯層相對的兩個壁面。

優選地，凹進或凸起部位均為矩形柱體。

優選地，為了減少設計時間，兩兩凹進或兩兩凸起結構沿波導軸向中心線對稱設置。

本發明還提供一種低散射損耗交叉波導，其特殊之處在于：包括相互交叉的第一波導與第二波導，第一波導與第二波導均具有芯層與包層，定義第一波導與第二波導在交叉點前的部分均為輸入波導部分，位于交叉點后的部分均為輸出波導部分；