[發明專利]一種雙模式濾模器及其制備方法

有效

• 申請號: 202210953876.2
• 申請日: 2022-08-10
• 公開（公告）號: CN115308835B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 王希斌;孫雪晴;廉天航;孫士杰;車遠華;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;G02B6/13
• 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

一種雙模式濾模器及其制備方法，屬于平面光波導器件及其制備技術領域。本發明的目的是提供兩種結構簡單的、分別可以濾除E11模式和E12模式或E11模式和E21模式的雙模式濾模器。由硅片襯底、聚合物波導包層、聚合物直波導芯層、金屬直波導芯層組成，金屬直波導芯層被包覆在聚合物直波導芯層之中，聚合物直波導芯層被包覆在聚合物波導包層之中；聚合物波導包層位于硅片襯底之上，金屬直波導芯層位于聚合物直波導芯層內底面或左(右)內側面的中間位置。本發明利用金屬的吸收特性實現了器件對特定模式的衰減，并具有對光的偏振不敏感的功能，器件采用的直波導結構，結構簡單，生產成本低、效率高，可實際應用的平面光波導濾模器。

技術領域

本發明屬于平面光波導器件及其制備技術領域，具體涉及一種以硅片作為襯底、以聚合物作為波導芯層和包層、利用金屬對光的吸收特性，同時實現對兩種模式濾除功能的直波導結構的濾模器及其制備方法。

背景技術

隨著通信技術的不斷進步和發展，現代通信網絡的傳輸對數據存儲和傳輸的速度提出了更高的要求。與傳統電互聯相比，光互聯具有更快的數據傳輸速度，因此光互聯得到了越來越廣泛的關注。但是目前的傳統光纖只傳輸一種基本模式，已經逐漸無法滿足現代信息容量的需求，因此提出模分復用技術，開發新的維度來進一步提升光纖的通信容量。模分復用技術是通過增大光纖或者波導的半徑尺寸，增加光纖或者波導內可以傳輸的光學模式數，從而提升信道傳輸容量。

濾模器在模分復用傳輸系統中起著重要作用。在解復用不同模式后，使用濾模器過濾掉不需要的模式，降低器件中不同模式間的串擾，從而提升器件的性能。由于低階模式可以在波導中得到很好的限制，很難被濾除，且高階模式之間也存在一定程度的串擾，并且在平面波導結構中實現多模式濾除的濾波器的研究很少，且對偏振具有一定的敏感特性。為解決以上問題，本發明利用不同模式的光場分布特性及金屬對光場的吸收特性的原理，在適當位置放置金屬，實現對兩種模式的同時濾除的功能。

現已發表的濾模器結構，如級聯馬赫-曾德爾干涉儀、光子晶體和長周期光柵等，結構較為復雜，而基于聚合物和金屬混合波導的濾模器具有結構簡單緊湊、超寬帶操作、偏振不敏感、高濾模效率等顯著優勢。

目前根據材料體系的不同，制備波導的材料主要分為無機材料和聚合物材料。雖然無機材料體系由于波導芯層和包層折射率差較大，光波導器件尺寸較小，但工藝復雜且價格昂貴。而與之相比，聚合物材料則具有成本低廉、工藝簡單、種類繁多、可以進行工藝摻雜、與半導體工藝兼容等優勢，因此在工業界和科學界得到了廣泛的關注。隨著材料性能和制作工藝的不斷發展和優化，聚合物材料制作的器件使用壽命逐漸延長，且器件性能越來越穩定，聚合物材料光學集成器件的研究目前已成為研究熱點。且聚合物材料的制作工藝簡單、靈活，很容易將金屬掩埋到聚合物波導內部的任意位置，并且利用其制備的波導器件與光纖的耦合效率高，易于封裝和大規模生產。

發明內容

本發明的目的是提供兩種結構簡單的、分別可以濾除E11模式和E12模式或E11模式和E21模式的雙模式濾模器及其制備方法。

本發明包括的兩種結構均采用直波導結構，是平面光波導器件設計中最簡單的結構。其濾模原理是利用金屬對光的吸收特性以及金屬所在的中心位置，金屬位置與要濾除的模式的光場分布位置均有一定程度的重合，因而實現濾模器的器件功能。

本發明以硅片作為襯底，以聚合物作為波導的芯層和包層，利用金屬對光的吸收特性作為實現模式濾除功能部分的直波導結構的濾模器及其制備方法，充分利用聚合物材料種類多樣、加工性強，以及金屬對光的偏振不敏感的吸收特性。同時，本發明所采用的制備工藝簡單且與半導體工藝兼容、易于集成、適于大規模生產，因而具有重要的實際應用價值。