[發明專利]一種基于單片集成的雙偏振模式復用-解復用芯片

有效

• 申請號: 201910070179.0
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109709643B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 戴道鋅;葉超超
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B6/28
• 分類號: G02B6/28;H04J14/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

1.一種基于單片集成的雙偏振模式復用-解復用芯片，包括：2N+2條輸入單模波導（10a、10b、…、1na、1nb、…、1Na、1Nb），N+1個偏振合束器(20、…、2n、…、2N)， N+1條連接波導(40、…、4n、…、4N)，模式復用器(5)和輸出多模波導(6)，且N0；其特征在于，還包括：N+1個模斑轉換器(30、…、3n、…、3N)；

每個偏振合束器的兩個輸入端分別與各自輸入單模波導連接，輸出端與模斑轉換器的輸入端連接，模斑轉換器的輸出端則與連接波導的一端連接，連接波導的另一端則經模式復用器與輸出多模波導連接；作為復用器時，光信號從輸入單模波導輸入并從輸出多模波導輸出；作為解復用器時，光信號從輸出多模波導輸入并從輸入單模波導輸出；

所述2N+2條輸入單模波導和N+1個偏振合束器均為強限制小截面光波導類型，其截面尺寸為納米量級，且偏振敏感，即波導雙折射大于10^-4；

所述N+1條連接波導、模式復用器(5)和輸出多模波導(6)均為弱限制大截面光波導類型，其截面尺寸為微米量級，且偏振不敏感，即波導雙折射小于10^-4。

2.根據權利要求1所述的一種基于單片集成的雙偏振模式復用-解復用芯片，其特征在于：所述N+1個模斑轉換器為倒錐形光波導結構，能將局域在強限制小截面光波導中的光斑通過倒錐形結構絕熱地轉換為弱限制大截面光波導中的光斑，反之亦然；

偏振合束器的輸出端通過模斑轉換器將其橫電基模和橫磁基模分別絕熱地轉化為連接波導中的橫電基模和橫磁基模，反之亦然。

3.根據權利要求1所述的一種基于單片集成的雙偏振模式復用-解復用芯片，其特征在于：所述模式復用器(5)包括：N+1條連接波導(40、…、4n、…、4N)，N條耦合波導（71、…、7n、…、7N)，總線波導和輸出多模波導(6)；

其中一條連接波導與總線波導的輸入端連接，其余連接波導與各自耦合波導連接，耦合波導與總線波導中的多模波導耦合連接形成各個模式耦合區，總線波導的輸出端與輸出多模波導(6)連接。

4.根據權利要求3所述的一種基于單片集成的雙偏振模式復用-解復用芯片，其特征在于：所述總線波導，包括：N個錐形光波導（81、…、8n、…、8N），N個多模光波導（91、…、9n、…、9N），或再包含N個模式旋轉器（101、…、10n、…、10N），相鄰的兩個多模波導之間通過錐形光波導絕熱連接，寬度最小的多模波導輸入端經錐形光波導、連接波導與模斑轉換器輸出端連接，寬度最大的多模光波導作為末端，其輸出端與輸出多模光波導連接。

5.根據權利要求4所述的一種基于單片集成的雙偏振模式復用-解復用芯片，其特征在于：所述N個模式耦合區，采用非對稱定向耦合器的結構。

6.根據權利要求3所述的一種基于單片集成的雙偏振模式復用-解復用芯片，其特征在于：所述模式復用器(5)，在復用高度方向上有兩個或兩個以上峰的高階模時，非對稱定向耦合器中多模光波導和耦合區光波導的高度不相等或者非對稱定向耦合器中多模光波導和耦合區光波導的高度相等且多模光波導輸出端與模式旋轉器連接。

7.根據權利要求4所述的一種基于單片集成的雙偏振模式復用-解復用芯片，其特征在于：所述N個模式旋轉器為在多模光波導中引入一個凹槽，將橫向有多個峰的高階模式轉換為縱向有多個峰的高階模式。

8.根據權利要求4所述的一種基于單片集成的雙偏振模式復用-解復用芯片，其特征在于：第n個多模光波導支持至少n+1個本征模式。