[發明專利]一種3dB光波功率分束器

有效

• 申請號: 202110011703.4
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112346175B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 郭嘉梁;馬靜;傅翼斐;陳皓;牛蘭;李雙
• 申請（專利權）人: 季華實驗室
• 主分類號: G02B6/125
• 分類號: G02B6/125;G02B6/12;G02B27/09
• 代理公司: 佛山市海融科創知識產權代理事務所(普通合伙) 44377
• 代理人: 陳志超;黃家豪

本發明提供了一種3dB光波功率分束器，包括襯底、設置在所述襯底上的平板形光波導層、以及設置所述平板形光波導層表面的包層；所述平板形光波導層包括光波導層主體、設置在所述光波導層主體一側的條形輸入端口、以及兩個設置在所述光波導層主體另一側的條形輸出端口；所述光波導層主體設置有半透半反射鏡和全反射鏡，所述半透半反射鏡用于把入射光束分割為反射光束和透射光束，所述反射光束射向其中一個條形輸出端口，所述全反射鏡用于把所述透射光束全部發射向另一個條形輸出端口；所述反射光束和透射光束的光功率相等；該3dB光波功率分束器光損耗低且結構緊湊。

技術領域

本發明涉及集成光子器件領域，尤其涉及一種3dB光波功率分束器。

背景技術

硅光子技術可以通過半導體制造技術與微電子芯片進行相對簡單的集成來實現低成本的光學設備。這使得使用SOI（Silicon-On-Insulator 絕緣體上硅）技術基于高對比度折射率材料的新器件的設計和制造成為可能。3dB光波分束器是實現集成光子系統不可替代的無源器件單元，它可以將光功率按照1：1的比例分配給2個輸出設備以滿足光電子集成的多設備級聯需求。

目前，片上光電子集成系統中的光波功率分束器主要由Y支、多模干涉耦合器、方向耦合器實現對光波分束，這些器件單元結構均是基于SOI條形光波導制備的。但是，光波在波導內以高斯光波的形式進行傳播，高斯光波具有遠場發散特性；當光波在條形光波導內傳播時，其傳播模式在波導內的橫向方向和縱向方向均被約束而無法發散；而且現階段由于加工工藝的限制，條形光波導在制備時其兩側會存在粗糙壁，這些粗糙壁會導致光波在傳播模式被約束時造成較大的插入損耗，約為3dB/cm；因此，現有的這種光波功率分束器對光波的損耗較大，而且器件尺寸較大，不利于光電子集成電路的低損耗、高集成化設計。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種3dB光波功率分束器，其光損耗低且結構緊湊。

為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案：

一種3dB光波功率分束器，包括襯底、設置在所述襯底上的平板形光波導層、以及設置所述平板形光波導層表面的包層；所述平板形光波導層包括光波導層主體、設置在所述光波導層主體一側的條形輸入端口、以及兩個設置在所述光波導層主體另一側的條形輸出端口；

所述光波導層主體設置有半透半反射鏡和全反射鏡，所述半透半反射鏡用于把入射光束分割為反射光束和透射光束，所述反射光束射向其中一個條形輸出端口，所述全反射鏡用于把所述透射光束全部發射向另一個條形輸出端口；所述反射光束和透射光束的光功率相等。

所述的3dB光波功率分束器中，所述半透半反射鏡和全反射鏡均為曲面鏡，所述曲面鏡為凹面鏡。

所述的3dB光波功率分束器中，所述半透半反射鏡包括開設在所述光波導層主體上的凹槽，所述凹槽為空槽，或者所述凹槽內填充有填充材料，且所述填充材料的折射率比所述光波導層主體的材料的折射率低。

所述的3dB光波功率分束器中，所述全反射鏡為所述光波導層主體的一個側面。

進一步的，作為全反射鏡的側面上包覆的包層厚度不小于光波的全反射透射深度。

所述的3dB光波功率分束器中，所述平板形光波導層為硅、磷化銦、銻、砷化鎵或砷化銦；所述包層為二氧化硅。

所述的3dB光波功率分束器中，所述條形輸入端口和條形輸出端口均為矩型條狀，且條形輸入端口和條形輸出端口的橫截面尺寸相同。

進一步的，所述條形輸入端口和條形輸出端口的寬度和厚度滿足條件：max（w，2h）λ2w，其中，w是寬度，h是厚度，λ是工作光波的波長。

所述的3dB光波功率分束器中，所述半透半反射鏡和全反射鏡的位置和尺寸滿足以下條件：

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