[發(fā)明專利]一種可調(diào)諧型模式轉(zhuǎn)換器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110916096.6
• 申請日: 2021-08-11
• 公開（公告）號: CN113625393B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 王希斌;孫士杰;林柏竹;楊凱迪;朱穆;張大明
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種可調(diào)諧型模式轉(zhuǎn)換器及其制方法，屬于平面光波導器件技術領域。沿光的傳播方向由輸入少模直波導、第一3?dB Y分支分束器、第一輸入直波導、第二輸入直波導、第二3?dB Y分支分束器、第三3?dB Y分支分束器、四條調(diào)制臂、第二3?dB Y分支耦合器、第三3?dB Y分支耦合器、第一輸出直波導、第二輸出直波導、第一3?dB Y分支耦合器、輸出少模直波導以及四條平行的加熱電極構成；從下至上，為硅片襯底、二氧化硅下包層、條形結構的光波導芯層、聚合物上包層結構；加熱電極位于調(diào)制臂的正上方，芯層材料的折射率高于上包層材料。本發(fā)明通過對MZI結構的調(diào)制臂進行調(diào)制實現(xiàn)對四個光學模式進行相互轉(zhuǎn)換的目的。

技術領域

本發(fā)明屬于平面光波導器件技術領域，具體涉及一種以硅片作為襯底、以二氧化硅作為下包層、以具有高熱光系數(shù)的有機聚合物材料作為光波導芯層和上包層的可調(diào)諧型模式轉(zhuǎn)換器及其制備方法。

背景技術

互聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展迅速，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量呈指數(shù)增長，傳統(tǒng)的電互聯(lián)已經(jīng)難以滿足快速增長的數(shù)據(jù)傳輸量的需求，因此，光互聯(lián)應運而生。與傳統(tǒng)的電互聯(lián)不同的是，光互聯(lián)以光作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椋蟠筇岣吡藬?shù)據(jù)傳輸速度。傳統(tǒng)的單模光纖只能傳輸一種模式的光，為了提高單模光纖的信息容量，針對光的波長、幅度、偏振、相位等信息，提出了波分復用、偏分復用、多維編碼調(diào)制以及正交頻分復用等。到2017年，單模光纖的通信容量已經(jīng)達到了71.6Tb/s。但是，由于光纖非線性效應以及香農(nóng)極限的影響，單模光纖的通信容量也慢慢達到極限。對于單模光纖，光的波長、偏振、相位等信息維度都已經(jīng)得到充分利用的情況下，想要進一步提升光纖的通信容量，便需要開發(fā)新的維度，于是便提出了模分復用技術。模分復用技術是將傳統(tǒng)單模波導的半徑增大，使其能傳輸更多的光學模式，這些模式相互正交，都能夠作為一個獨立的信道傳輸信息，這便使得信道傳輸容量成倍增加。

模式轉(zhuǎn)換器(模式開關)是在光通信領域應用十分廣泛的器件之一，是模分復用(Mode-DivisionMultiplexing,WDM)網(wǎng)絡和系統(tǒng)中的核心器件。在輸入端，模式轉(zhuǎn)換器將攜帶不同信息的基模轉(zhuǎn)換成所需的高階模，不同的光學模式復用到同一個少模光纖中進行傳輸且彼此互不影響。在輸出端，模式轉(zhuǎn)換器又將高階模轉(zhuǎn)換為基模，與單模光通信系統(tǒng)相連接。與基于光纖的模式轉(zhuǎn)換器相比，基于平面光波導結構的模式轉(zhuǎn)換器不僅可以與光纖很好的兼容，而且還具有結構緊湊、可調(diào)諧、插入損耗小、模式相關損耗小、設計靈活、種類豐富等優(yōu)點。且由于采用光刻工藝制作，可以在非常小的面積上實現(xiàn)非常復雜的功能，可以獲得非常高的集成度。傳統(tǒng)的模式轉(zhuǎn)換器是不可調(diào)諧的，不同的模式從對應的輸出端口輸出。為了使器件更加靈活，可以通過電光效應、熱光效應、磁光效應等對信號光的相位進行調(diào)制，從而實現(xiàn)不同光學模式輸出端口的切換功能。

根據(jù)材料體系的不同，模式轉(zhuǎn)換器可以分為很多種類。其中二氧化硅/硅(SOI)材料體系的光波導器件由于具有較大的光波導芯層和包層折射率差，制備的器件尺寸較小，但價格昂貴且制備工藝比較復雜。與無機材料相比，聚合物材料的光波導器件具有制作工藝簡單、成本低廉、介電常數(shù)低、光學損傷閾值高、可以進行功能摻雜且能夠與半導體工藝兼容等優(yōu)點。此外，聚合物材料還可以通過摻雜實現(xiàn)更多的優(yōu)良性能。聚合物材料具有較大的熱光系數(shù)，但具有較低的熱導率，因此可以通過熱光效應對聚合物材料制備的器件進行調(diào)制，且功耗較低。利用這些性能，可以使利用其制備的模式轉(zhuǎn)換器具有速度快、功耗小的優(yōu)點。

但傳統(tǒng)的模式轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換的模式數(shù)目比較少，并且大部分器件不能調(diào)諧，進而限制了光通信數(shù)據(jù)傳輸容量的進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服傳統(tǒng)的模式復用器的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可以處理多個光學模式的可調(diào)諧型模式轉(zhuǎn)換器及其制備方法。