[發明專利]一種具有四槽波導的光耦合器

有效

• 申請號: 202010319838.2
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111458796B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 郝然;張學成;金尚忠;陳義;石巖
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G02B6/24
• 分類號: G02B6/24;G02B6/122;G02B6/125;G02B6/12
• 代理公司: 杭州鈐韜知識產權代理事務所(普通合伙) 33329
• 代理人: 唐靈;趙杰香

本發明公開了一種具有四槽波導的光耦合器，包括襯底和設置在所述襯底上的第一波導和第二波導，所述第一波導為直波導，所述第二波導為多槽波導，所述第一波導和第二波導被設置為光信號能從所述第一波導和所述第二波導之間進行耦合，其中所述第一波導和第二波導之間具有漸變區，所述漸變區具有漸變的寬度和高度，所述寬度的變化為由所述第一波導寬度向所述第二波導寬度逐漸變寬，所述高度的變化為由所述第一波導高度向所述第二波導高度逐漸變矮。本發明解決目前光耦合器耦合長度過長，效率不高等問題的同時，實現多模的分、合耦合。

技術領域

本公開涉及一種光耦合器。其具體實施涉及光電子相關領域，用于光通信集成器件領域。

背景技術

在過去的幾十年中，石墨烯之類的二維結構在與光學器件(尤其是有源器件，如光電探測器和電光調制器)集成時顯示出巨大的潛力。這些有源器件性能的優劣主要取決于光與石墨烯之間的相互作用強弱。為了增強這種相互作用，已經提出了各種方法，例如基于石墨烯的微環諧振器，等離激元納米結構和縫隙波導等。在這些設計中，縫隙波導受到了關注，因為它結合了強光場限制，低插入損耗和超緊湊的優點。

縫隙波導是于2004年首次被提出的。該波導由兩個由狹縫區域(低折射率材料)隔開的軌道(高折射率材料)組成，它們可以將大部分光學模式限制在狹縫區域中。此功能使縫隙波導在許多應用中非常有吸引力，尤其是在增強光石墨烯相互作用方面。例如，M.Liu,X.Yin,and X.Zhang,“Double-Layer Graphene Optical Modulator,”Nano Letters,vol.12,no.3,pp.1482-1485,2012.文章中的調制效率是0.16dB/μm，而通過用縫隙波導代替直波導，G.Kovacevic,C.Phare,S.Y.Set,M.Lipson,and S.Yamashita,“Ultra-high-speed graphene optical modulator design based on tight field confinement in aslot waveguide,”Applied Physics Express,vol.11,no.6,pp.065102,2018.使基于石墨烯的調制器的調制效率提高到的0.195dB/μm。為了進一步增強光-石墨烯的相互作用，在縫隙波導中采用了等離子體效應。提出了基于石墨烯的混合等離子體激元縫隙調制器，從而將調制效率提高到0.37dB/μm。

另一方面，光耦合器是光信息傳播技術上較為重要的器件，現有的光耦合器包括Y型分支耦合、星型耦合、多模干涉耦合、定向耦合等形式的耦合器，然而現有的耦合器不僅耦合損耗較高，而且耦合器實現耦合所需的耦合長度也較大，不利于器件的小型化。

在中國專利CN201320305072.8中，揭露了一種光耦合器，在該專利的技術方案中，通過制作三維椎體形狀的脊形波導，使光纖和波導之間實現耦合，提高耦合效率，然而該專利的技術中僅僅實現不同光模式的耦合，對于多模的分、合耦合并沒有涉及，這不利于現行的光通信需求。

因此，有必要對現有技術中存在的問題提出一種改進方案。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種具有四槽波導的光耦合器，在解決目前光耦合器耦合長度過長，效率不高等問題的同時，實現多模的分、合耦合。

根據本發明的目的提出的一種光耦合器，包括襯底和設置在所述襯底上的第一波導和第二波導，所述第一波導為直波導，所述第二波導為多槽波導，所述第一波導和第二波導被設置為光信號能從所述第一波導和所述第二波導之間進行耦合，其中所述第一波導和第二波導之間具有漸變區，所述漸變區具有漸變的寬度和高度，所述寬度的變化為由所述第一波導寬度向所述第二波導寬度逐漸變寬，所述高度的變化為由所述第一波導高度向所述第二波導高度逐漸變矮。

優選的，所述第二波導為四槽波導，包括五個間隔設置的硅導軌，該五個硅導軌所夾的四個狹縫構成所述四槽波導的四個槽。根據仿真圖作用因子與波導槽數及寬度的關系曲線圖，得知4槽波導產生的效果最好，所以本發明優選4槽。