专利名称：弱限制的n×n多模干涉波导型光功率分配器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光通信技术领域，具体地说是一种弱限制的N×N多模干涉波导型光功率分配器。
背景技术：
光功率分配器是光通信网络和光信息处理系统中一个基本的器件。目前使用的光功分器是用石英光纤熔融拉制而成的，这种光纤熔拉型功分器虽然制作简单，成本低，但它体积大，所能分出的路数不多，而且每路的光功率均匀性相差较大。
利用自映像效应的多模干涉(MMI)型器件是一种理论设计和工艺制作都相对比较简单的新型器件，具备了器件尺寸紧凑、光分路均匀性好等优点。多模干涉波导型光功分器是由单模输入波导、多模光干涉区和单模输出波导构成。然而传统的自映像效应的分析都是针对基于阶跃折射率分布波导的情况，所以这种多模干涉波导型光功分器是基于阶跃折射率分布波导的。在集成光学的应用中，有较大一部分波导是渐变折射率分布的，如用离子交换得到的玻璃波导、用质子交换得到的铌酸锂波导等，相关研究目前还比较少。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种弱限制的N×N多模干涉波导型光功率分配器。
本实用新型采用的技术方案如下在光学玻璃或铌酸锂晶体衬底表面上，通过扩散或离子交换的方法形成一层厚度为几个微米的渐变折射率分布的矩形多模光干涉区，分别与多模光干涉区两端相连的N路单模输入波导和N路单模输出波导。
还可在多模光干涉区的各输出点位置设置一宽度逐渐变化的输出过渡区，此过渡区的另一端与单模输出波导相连接。
所说的N路单模输入波导和N路单模输出波导，其N是2≤N≤128。
本实用新型具有的有益的效果是由于采用了渐变折射率分布波导，所以可用简单的工艺制作过程在玻璃基片或者铌酸锂基片等上制作出性能优良的N×N多模干涉波导型光功分器。可进一步商业化，低投入、高产出，形成规模化生产。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是多模干涉区与输出波导的B连接局部放大图；图3是图1的A-A剖面图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，通过离子交换技术，在光学玻璃或铌酸锂晶体衬底C表面上，通过扩散或离子交换的方法形成一层厚度为几个微米的渐变折射率分布的矩形多模光干涉区2，分别与多模光干涉区2两端相连的N路单模输入波导1和N路单模输出波导3。为了改善各输出端输出光强的均匀性，在多模光干涉区2的各输出点位置也可以设置一宽度逐渐变化的输出过渡区4，此过渡区4的另一端与单模输出波导3相连接。
在设置波导时，首先确定渐变折射率分布波导的折射率分布函数、工作波长和单模波导的波导参数，然后选取多模光干涉区2的宽度，在多模光干涉区2的两端分别对称地布置N路单模输入波导1和N路单模输出波导3，首先利用三维全矢量有限差分光束传输法寻找各路单模输入时各单模输出波导光功率处于最大值时的相应多模光干涉区的长度Lij(i，j＝1，2，…，N)，然后依次以Lij为多模光干涉区长度，变化第i个单模输入波导和第j个单模输出波导的中心位置(同时对称地改变第j个单模输入波导和第i个单模输出波导的中心位置)，再次利用三维全矢量有限差分光束传输法寻找各路单模输入时各单模输出波导光功率处于最大值时的第i个单模输入波导和第j个单模输出波导的中心位置。输入/输出波导的另一端为便于与阵列光纤耦合，经弯曲波导使相互之间的中心距离扩展到250或127微米。
本实用新型的具体设计参数依赖于衬底和具体的工艺过程。从实用角度讲，所选用的渐变折射率分布波导要具有与通信用标准单模光纤尽可能匹配的折射率分布与单模波导尺寸。在此基础上进行模拟与优化分析，选取其他参数。以BK7玻璃为衬底，采用K+-Na+离子交换工艺过程，所选取的波导参数(N＝8为例)为工作波长为1.55um，每个单模输入波导1、输出波导3的宽度均为6um，长度有一定任意性，可根据端接引用需要调整，N＝8，即8×8多模干涉波导型光功分器，多模光干涉区2的宽度为128um，在此基础上，利用三维全矢量有限差分光束传输法计算出多模光干涉区2的最佳长度(此时8×8多模干涉波导型光功分器具有较大的输出光功率，同时有较好的功率均匀度)为8380um，输入/输出波导的中心位置为-56.8um、-40.4um、-24.0um、-8.0um、8.0um、24.0um、40.4um、56.8um。
制作工艺1.玻璃基片经切割、粗磨、精抛光制成符合要求的标准衬底片；2.利用真空蒸发技术在衬底片上蒸铝，铝膜厚度在1um左右；3.对衬底上的铝膜进行光刻后，制备出铝掩膜图形；4.再将该衬底放在410摄氏度的硝酸钾晶体熔液中进行3.5小时的K+-Na+离子交换；5.再将该衬底放在370摄氏度的硝酸钠晶体熔液中进行3小时的Na+-K+离子交换，使在衬底的表层制备出隐埋的渐变折射率分布波导；6.最后再腐蚀掉衬底上剩余的铝膜，并作端面抛光。
权利要求1.一种弱限制的N×N多模干涉波导型光功率分配器，其特征在于在光学玻璃或铌酸锂晶体衬底(C)表面上，通过扩散或离子交换的方法形成一层厚度为几个微米的渐变折射率分布的矩形多模光干涉区(2)，分别与多模干涉区(2)两端相连的N路单模输入波导(1)和N路单模输出波导(3)。
2.根据权利要求1所述的一种弱限制的N×N多模干涉波导型光功率分配器，其特征在于在多模光干涉区(2)的各输出点位置设置一宽度逐渐变化的输出过渡区(4)，此过渡区(4)的另一端与单模输出波导(3)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种弱限制的N×N多模干涉波导型光功率分配器，其特征在于所说的N路单模输入波导(1)和N路单模输出波导(3)，其N是2≤N≤128。
专利摘要本实用新型公开了一种弱限制的N×N多模干涉波导型光功率分配器，在光学玻璃或铌酸锂晶体衬底表面上，通过扩散或离子交换的方法设置渐变折射率分布的矩形多模光干涉区，分别与多模光干涉区两端相连的N路单模输入波导和N路单模输出波导。还可在多模光干涉区的各输出点位置设置一宽度逐渐变化的输出过渡区，此过渡区的另一端与单模输出波导相连接。本实用新型由于采用了渐变折射率分布波导，所以可用简单的工艺制作过程在玻璃基片或者铌酸锂基片等上制作出性能优良的N×N多模干涉波导型光功分器。可进一步商业化，低投入、高产出，形成规模化生产。
文档编号G02F1/03GK2625917SQ03231718
公开日2004年7月14日 申请日期2003年5月27日 优先权日2003年5月27日
发明者王明华, 李锡华, 马慧莲, 江晓清, 杨建义, 李霞 申请人:浙江大学