[實用新型]基于多模干涉原理的橢圓形十字交叉波導

有效

• 申請號: 201720410051.0
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN206818909U
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 樂孜純;孫琛;徐自力
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G02B6/125
• 分類號: G02B6/125
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本實用新型屬于光通信技術領域，尤其是用于集成光路，以及含有十字光波導的微納米級集成光通信器件中，涉及一種基于多模干涉原理的橢圓形十字交叉波導。

背景技術

光波導是集成光路的基本單元，基于Silicon-On-Insulator(SOI)材料的光波導，因其所具有的約束光信號能力強、傳輸損耗低、制作工藝與標準COMS工藝兼容、可批量制作等優點，已成為集成光學器件和系統(特別是片上系統)中最常用的光波導材料。十字交叉光波導結構是光信號傳輸以及構建SOI基集成光學器件的常用結構，比如實現多通道的光通信、或是基于微環諧振腔的濾波和波分復用，必須使用大量的十字交叉波導單元。然而SOI結構的高折射率差會使其導模的空間角變的很大，從而使得光在光波導的交叉部位產生嚴重的散射。普通SOI基矩形十字交叉波導的單次損耗和串擾分別為1dB至1.5dB和-10dB至-15dB。很顯然，光信號多次經過這種普通十字交叉波導所累積的損耗和串擾是難以接受的，因此，實用新型一種低串擾低損耗、結構緊湊、與標準微結構制作技術適配的波導交叉單元是非常有意義的。本實用新型的目的，就是實用新型一種抑制串擾和損耗的基于多模干涉原理的橢圓形十字交叉波導及其制作方法。

與本實用新型最接近的已有技術包括：(1)在橢圓形硅基波導基層之上制作錐形多模干涉耦合器(MMI)，實現光波在十字交叉波導的自聚焦，進而減小串擾和損耗(Wim Bogaerts,et.al.,Low-loss, low-cross-talk crossings for silicon-on-insulator nanophotonic waveguides,OPTICS LETTERS,32(19):2801-2803,2007)。該技術的多模干涉區是錐形的，實現自聚焦；橢圓形波導則作為波導基層對光束整形，結構十分復雜。理論上該技術十字波導交叉單元的透過率為96.8％，損耗和串擾分別為-0.16dB和-40dB，比傳統矩形十字交叉波導損耗和串擾性能得到很大程度的改善。然而該技術采用雙刻蝕技術，器件結構的設計和制作工藝(需要兩次融刻)十分復雜，無法批量制作；其次，該技術的串擾性能尚需進一步優化；最后，該技術針對不同波導直徑的技術適應性(即技術通用性)不高。(2)用矩形MMI十字交叉波導代替矩形十字交叉波導(Xianyao Li,et.al.,Demonstration of a highly efficient multimode interference based silicon waveguide crossing,Optics Communications,312:148-152,2014)。該技術十字波導交叉單元的透過率為98％，損耗和串擾分別為-0.07dB和-43dB，比傳統矩形十字交叉波導損耗和串擾性能得到很大程度的改善。該技術以矩形MMI為基礎實現光波在波導交叉處的自聚焦，采用單次刻蝕技術，工藝較為簡單。但是矩形MMI的自聚焦周期很長，使得器件尺寸很大、集成度低、能耗高，抑制串擾的性能也有待進一步提高。

上述已有技術存在的共同缺陷是：器件尺寸龐大、結構復雜、難以批量制作、通用性差，無法滿足實際應用需求。同時串擾性能也有待進一步提高。

發明內容

為了克服已有技術器件尺寸大、結構復雜、難以批量制作、通用性差，損耗和串擾性能不夠理想的不足，本實用新型提供一種串擾和損耗抑制效果好、結構緊湊、制作工藝簡單、易于實現、且通用性、 魯棒性好、成本低廉的基于多模干涉原理的橢圓形十字交叉波導。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于橢圓形多模干涉原理的十字交叉波導，包括豎向部分和橫向部分，所述豎向部分和橫向部分結構上完全一致，依次包括前端直波導區域、前端錐形模式匹配器區域、橢圓形多模干涉區域、后端錐形模式匹配器區域、后端直波導區域組成，所述橫向和豎向部分垂直交叉且中心對稱，對稱中心在橢圓形多模干涉區域的中心。

進一步，所述豎向部分或橫向部分的前端直波導區域的前端為光的輸入端口，光波由輸入端口輸入，依次經過前端直波導區域、前端錐形模式匹配器區域、橢圓形多模干涉區域、后端錐形模式匹配器區域、后端直波導區域，然后輸出，所述后端直波導區域的后端為輸出端口。