[發(fā)明專利]一種基于硅基集成的平面超透鏡結(jié)構(gòu)非互易光路由器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110794542.0
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113671630B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 畢磊;嚴(yán)巍;秦俊;鄧龍江
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G02B6/12;H04Q11/00
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發(fā)明屬于集成光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種基于硅基集成的平面超透鏡結(jié)構(gòu)非互易光路由器。本發(fā)明通過對每一路輸入波導(dǎo)進(jìn)行相位設(shè)計，使其形成特定的相位差，在平面超透鏡中所需方向上進(jìn)行相長干涉并輸出；同時磁光波導(dǎo)帶來的非互易移相效應(yīng)能夠使得反向傳輸信號在不同于輸入端口的其他端口進(jìn)行傳輸，從而實現(xiàn)了在多端口間同時進(jìn)行正反向非互易光傳輸?shù)墓δ堋２⑶彝ㄟ^透鏡聚焦進(jìn)行端口選擇的方法使得端口拓展不再需要器件的級聯(lián)。最終本發(fā)明大大拓展了傳輸狀態(tài)，有效避免了因多端口器件級聯(lián)導(dǎo)致的器件尺寸大等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種基于硅基集成的平面超透鏡結(jié)構(gòu)非互易光路由器。

背景技術(shù)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，多芯片之間的光互連對傳輸帶寬與效率的要求不斷提升。硅基集成的光學(xué)路由器具有多端口、高集成度等優(yōu)點，可以保證信息在所需端口間的準(zhǔn)確傳輸。

在現(xiàn)有的集成光學(xué)路由器的研究中，通過馬赫曾德爾干涉結(jié)構(gòu)與微環(huán)結(jié)構(gòu)的大量級聯(lián)，可形成多端口的光學(xué)路由網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)一步在每個單元結(jié)構(gòu)內(nèi)通過電光或熱光效應(yīng)進(jìn)行相位調(diào)制，即可達(dá)到切換多端口間通斷狀態(tài)的效果，從而控制信號的傳輸。然而這樣的結(jié)構(gòu)存在一個顯著的制約，即該類光路由器是通過增加級聯(lián)單元器件的個數(shù)來拓展端口數(shù)的。隨著端口數(shù)目的增加，所需的單元器件數(shù)量將隨之急劇增加，從而大大增加了器件尺寸以及調(diào)制功耗。除此以外，目前所研制的光路由器均是互易的，即同一時刻下正向與反向傳輸?shù)倪B接狀態(tài)是相同的，若要改變該傳輸狀態(tài)，則需要消耗額外的調(diào)制功率。

因此現(xiàn)有的集成光路由器急需一種易于拓展、小尺寸的架構(gòu)，以能夠?qū)崿F(xiàn)多端口正反向的非互易傳輸、避免因多端口器件級聯(lián)導(dǎo)致的器件尺寸大等問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在問題或不足，本發(fā)明提供了一種基于硅基集成的平面超透鏡結(jié)構(gòu)非互易光路由器，通過相位設(shè)計控制透鏡聚焦方向以選擇端口，通過硅基集成的磁光波導(dǎo)以實現(xiàn)正反向非互易傳輸，進(jìn)而實現(xiàn)多端口間的正反向非互易光傳輸。

一種基于硅基集成的平面超透鏡結(jié)構(gòu)非互易光路由器，包括依次連接的：輸入硅基集成平板光波導(dǎo)、硅基集成磁光波導(dǎo)陣列、硅基集成相位補償結(jié)構(gòu)陣列以及輸出硅基集成平板光波導(dǎo)。

所述輸入硅基集成平板光波導(dǎo)的一端為具有m個端口的輸入端，m≥3，另一端與硅基集成磁光波導(dǎo)陣列相連接，將輸入的光波分束至各硅基集成磁光波導(dǎo)中。其作為光波波束的分束區(qū)域，用作基于硅基集成的平面超透鏡的非互易光路由器的輸入端。

所述硅基集成磁光波導(dǎo)陣列由n根等間距的硅基集成磁光波導(dǎo)組成，n≥3，一端與正向輸入端的輸入硅基集成平板光波導(dǎo)相連接，另一端與硅基集成相位補償結(jié)構(gòu)陣列相連接。用作基于硅基集成的平面超透鏡的非互易光路由器的非互易移相部分。

所述硅基集成相位補償結(jié)構(gòu)陣列由n根等間距的相位補償單元組成；各相位補償單元均由兩段不同尺寸的硅基集成光波導(dǎo)組成。其一端與n根等間距的硅基集成磁光波導(dǎo)一一對應(yīng)連接，另一端與輸出硅基集成平板光波導(dǎo)相連接。

所述輸出硅基集成平板光波導(dǎo)的一端為具有k個端口的輸出端，k≥3，另一端與硅基集成相位補償結(jié)構(gòu)陣列相連，使得由硅基集成相位補償結(jié)構(gòu)陣列輸入的光波自由干涉并聚焦至k個輸出端口中的至少一個輸出端口，并進(jìn)行輸出。其作為光波波束的聚焦區(qū)域，用作基于硅基集成的平面超透鏡的非互易光路由器的輸出端。

進(jìn)一步的，所述各相位補償單元中兩段不同尺寸的硅基集成光波導(dǎo)，通過分別設(shè)計每段波導(dǎo)的長度和寬度以實現(xiàn)在輸入輸出端之間的任意多個端口的正反向非互易傳輸。

進(jìn)一步的，為了降低器件的本征損耗，還需要優(yōu)化整體器件中的折射率突變結(jié)構(gòu)以減小光散射損耗以及進(jìn)一步提高磁光材料的優(yōu)值。

上述基于硅基集成的平面超透鏡結(jié)構(gòu)非互易光路由器工作時：