[發明專利]一種基于聚合物的四模模式循環轉換器

有效

• 申請號: 202110573754.6
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113281843B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 鄧磊;王永晨;袁哲;程孟凡;劉德明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14;H04B10/2581
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍

本發明公開一種基于聚合物的四模模式循環轉換器，屬于光通信領域。包括：包層、上芯層和下芯層為折射率不同的聚合物，折射率由低到高；上芯層包括：第一少模波導和第二少模波導，兩者相互平行，結構和材料均相同，均同時至少支持少模光纖的LP₀₁、LP_11b、LP₀₂和LP_21b模式；下芯層包括：第一單模波導至第四單模波導，四者位于平行區域下方，結構不同材料相同，分別用于將少模波導的模式LP₀₁轉換為LP_11b、LP_11b轉換為LP₀₂、LP₀₂轉換為LP_21b、LP_21b轉換為LP₀₁；上芯層和下芯層形成光通路，用于將進入第一少模波導的光信號經過下芯層中一個單模波導模式轉換后，從第二少模波導輸出。本發明通過兩個少模聚合物波導和四個單模聚合物波導，實現四種模式之間循環轉換，提升鏈路集成度。

技術領域

本發明屬于光通信領域，更具體地，涉及一種基于聚合物的四模模式循環轉換器。

背景技術

由于近年來通訊與數據傳輸的飛速增長，基于波分復用系統單模光纖的傳輸容量已接近其香農極限。為了擴大傳輸容量，采用FMF(Few Mode Fiber，少模光纖)的模分復用(Mode division multiplexing，MDM)系統引起了人們的廣泛關注。到目前為止，用于模分復用系統的器件包括基于自由空間光的相位掩膜版、模式選擇耦合器(Mode SelectiveCoupler，MSC)、飛秒激光刻蝕和平面光波導(Planer Lightwave Circuit，PLC)。

相位掩膜版由于是空間光作為載體，所以傳輸效率極低，損耗非常大；MSC雖和光纖兼容性好，但難以批量生產且集成度較低，飛秒激光刻蝕型器件制備難度極大，容差低；而PLC因其材料選擇豐富，可以和光纖兼容，熱光系數大等優勢備受科研人員的青睞。

而PLC根據其使用的材料可進一步劃分為二氧化硅/硅(SOI)材料體系和有機聚合物材料體系，由于聚合物材料的折射率可控并且與光纖的折射率更為接近，端面的菲涅爾反射更小，且基于聚合物材料的器件端面面積和光纖接近，不需要使用光柵和FMF對接，損耗低，具有極大的發展潛力。

因為不同模式在同一根FMF中的傳播速度和損耗不同，導致了模式群時延(Differential Mode Group Delay，DMGD)和模式相關損耗(Mode Dependent Loss，MDL)的產生，這也影響了MDM系統的傳輸質量。而模式循環轉換器可以使每一個MDM系統中的模式在一根相同的光纖中傳輸相同的距離，最大程度上消除DMGD和MDL對信號傳輸的影響。

現有的模式循環轉換器是基于全光纖的MSC器件，其工藝制作難度極大，幾乎不可能大批量生產，并且集成度很低，結構較為復雜。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種基于聚合物的四模模式循環轉換器，其目的在于解決少模光纖鏈路的模間色散，實現片上的四種模式之間的循環轉換，使少模通信鏈路的集成度得以提升容易復現、適合大批量生產。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于聚合物的四模模式循環轉換器，所述四模模式循環轉換器包括：由下而上的襯底、下芯層和上芯層；包層包覆下芯層和上芯層；

包層、上芯層和下芯層為折射率不同的聚合物，且折射率由低到高；

上芯層包括：第一少模波導(6)和第二少模波導(1)，兩者相互平行，且結構和材料均相同，均能同時至少支持少模光纖的LP₀₁、LP_11b、LP₀₂和LP_21b模式；