一种不对称y分叉模式间隔分离器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种不对称Y分叉模式间隔分离器，包括主干多模波导、宽分支多模波导和细分支多模波导，宽分支多模波导的宽度大于细分支多模波导的宽度，宽分支多模波导的宽度和细分支多模波导的宽度之和与主干多模波导的宽度相等，宽分支多模波导的始端和细分支多模波导的始端分别与主干多模波导的末端连接，宽分支多模波导的始端和细分支多模波导的始端相交，宽分支多模波导的末端和细分支多模波导的末端之间的间距不小于宽分支多模波导的宽度，细分支多模波导中第i阶模式的传播常数大于宽分支多模波导中第i阶模式的传播常数且小于宽分支多模波导中第i+1阶模式的传播常数；优点是可应用于模式复用传输光通信系统进行输入模式奇偶分离。
【专利说明】—种不对称Y分叉模式间隔分离器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模式间隔分离器，尤其是涉及一种不对称Y分叉模式间隔分离器。
【背景技术】
[0002]随着数据流量的快速增长，网络的阻塞问题越来越严重。传统的光通信系统通常为单模光纤传输系统，通常采用波分复用技术、偏振复用技术以及多级调制技术实现，传统的光通信系统已慢慢接近通信容量极限。为此，如何有效扩充光通信系统容量成为目前破解网络阻塞的研究重点。
[0003]近年来，模式复用传输技术中由于每个模式都可以作为独立的信道用于传输不同的数据而受到广泛的关注。利用模式复用技术搭建模式复用传输光通信系统时，首先需要得到能实现对各个模式进行处理的功能性器件。目前，可用于模式复用传输光通信系统中的功能性器件已有模式复用/解复用器件、模式分拣器、模式转换器和模式交叉开关等，但是用于对输入模式按照其奇偶性进行分离的模式间隔分离器，至今还未涉及。
[0004]鉴此，设计一款利用不对称Y分叉控制分支的宽度来实现输入模式奇偶分离的模式间隔分离器具有现实意义。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种不对称Y分叉模式间隔分离器，该模式间隔分离器利用不对称Y分叉控制分支的宽度，可应用于模式复用传输光通信系统进行输入模式奇偶分离，提供灵活的模式分配，提高信道利用率以及通信容量。
[0006]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种不对称Y分叉模式间隔分离器，包括主干多模波导、宽分支多模波导和细分支多模波导，所述的宽分支多模波导的宽度大于所述的细分支多模波导的宽度，所述的宽分支多模波导的宽度和所述的细分支多模波导的宽度之和与所述的主干多模波导的宽度相等，所述的宽分支多模波导的始端和所述的细分支多模波导的始端分别与所述的主干多模波导的末端连接，所述的宽分支多模波导的始端和所述的细分支多模波导的始端相交，所述的主干多模波导、所述的宽分支多模波导和所述的细分支多模波导构成不对称Y分叉结构，所述的宽分支多模波导的末端和所述的细分支多模波导的末端之间的间距不小于所述的宽分支多模波导的宽度，所述的细分支多模波导的宽度和所述的宽分支多模波导的宽度满足以下条件:，其中表示所述的宽分支多模波导中第i阶模式的传播常数，0w，i+1表示所述的宽分支多模波导中第i + Ι阶模式的传播常数，Piu表示所述的细分支多模波导中第i阶模式的传播常数，i为任一自然数。当输入到所述的主干多模波导的模式传输经过所述的不对称Y分叉结构的Y分叉时，所述的主干多模波导的第2i阶模式转换成所述的宽分支多模波导的第i阶模式并从所述的宽分支多模输出以及所述的主干多模波导的第(2i+l)阶模式转换成所述的细分支多模波导的第i阶模式并从所述的细分支多模波导输出，从而实现输入模式的奇偶分离。
[0007]β n，i为β w，i和β w，i+1之和的平均值。
[0008]所述的主干多模波导、所述的宽分支多模波导和所述的细分支多模波导分别包括波导主体和衬底，所述的波导主体包括芯层和包覆在所述的芯层外侧的包层，所述的衬底固定在所述的包层的底部，所述的芯层的材料为掺杂二氧化硅，所述的包层的材料为纯二氧化硅，所述的芯层与所述的包层的折射率差为0.01，所述的衬底的材料为硅，所述的主干多模波导的宽度为25微米，所述的细分支多模波导的宽度为10微米，所述的宽分支多模波导的宽度为15微米，所述的宽分支多模波导的末端和所述的细分支多模波导的末端之间的间距为24.5微米，所述的宽分支多模波导和所述的细分支多模波导的长度均为12毫米。
[0009]与现有技术相比，本发明的优点在于采用主干多模波导、宽分支多模波导和细分支多模波导构成一个不对称Y分叉结构，通过细分支多模波导的宽度和宽分支多模波导的宽度的设定来保证细分支多模波导的第i阶模式的传播常数位于宽分支多模波导的第i阶模式的传播常数和宽分支多模波导的第i+ι阶模式的传播常数中间，细分支多模波导的第i阶模式的有效折射率与主干多模波导的第(2i+l)阶模式的有效折射率以及宽分支多模波导的第i阶模式的有效折射率与主干多模波导的第2i阶模式的有效折射率相匹配。当输入到主干多模波导的模式传输经过不对称Y分叉结构的Y分叉时，主干多模波导的第2i阶模式转换成宽分支多模波导的第i阶模式并从宽分支多模波导输出以及主干多模波导的第(2i+l)阶模式转换成细分支多模波导的第i阶模式并从细分支多模波导输出，由此实现输入模式的奇偶分离，可应用于模式复用传输光通信系统进行输入模式奇偶分离操作，提供灵活的模式分配，提高信道利用率以及通信容量；该模式间隔分离器结构简单，可降低信号处理的复杂性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的结构图；
[0011]图2为本发明的主干多模波导，宽分支多模波导和细分支多模波导之间有效折射率匹配示意图；
[0012]图3为本发明的5个输入模式间隔分离的仿真结果图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0014]实施例:如图所示，一种不对称Y分叉模式间隔分离器，包括主干多模波导1、宽分支多模波导2和细分支多模波导3，宽分支多模波导2的宽度Ww大于细分支多模波导3的宽度\，宽分支多模波导2的宽度Ww和细分支多模波导3的宽度Wtl之和与主干多模波导I的宽度W相等，宽分支多模波导2的始端21和细分支多模波导3的始端31分别与主干多模波导I的末端11连接，宽分支多模波导2的始端21和细分支多模波导3的始端31相交，宽分支多模波导2、细分支多模波导3和主干多模波导I形成Y分叉，宽分支多模波导2的末端22和细分支多模波导3的末端32之间的间距Wd不小于宽分支多模波导2的宽度Ww，细分支多模波导3的宽度Wtl和宽分支多模波导2的宽度Ww满足以下条件w；i+1,其中β。表示宽分支多模波导2中第i阶模式的传播常数，i3w，i+1表示宽分支多模波导2中第i+Ι阶模式的传播常数，β η,,表示细分支多模波导3中第i阶模式的传播常数，i为任一自然数。
[0015]本实施例中，为和ew，i+1之和的平均值。
[0016]本实施例中，主干多模波导1、宽分支多模波导2和细分支多模波导3分别包括波导主体和衬底，波导主体包括芯层和包覆在芯层外侧的包层，衬底固定在包层的底部，芯层的材料为掺杂二氧化硅，包层的材料为纯二氧化硅，芯层与包层的折射率差为0.01衬底的材料为硅，主干多模波导I的宽度W为25微米，细分支多模波导3的宽度Wtl为10微米，宽分支多模波导2的宽度Ww为15微米，宽分支多模波导2的末端22和细分支多模波导3的末端32之间的间距Wtl为24.5微米，宽分支多模波导2和细分支多模波导3的长度L均为12毫米。
[0017]本发明的不对称Y分叉模式间隔分离器的工作原理为:通过控制细分支多模波导3的宽度Wtl和宽分支多模波导2的宽度Ww来保证细分支多模波导3的第i阶模式的传播常数β w位于宽分支多模波导2的第i阶模式的传播常数β 和宽分支多模波导2的第i+Ι阶模式的传播常数β w，i+1中间，细分支多模波导3的第i阶模式的有效折射率与主干多模波导I的第(2i+l)阶模式的有效折射率以及宽分支多模波导2的第i阶模式的有效折射率与主干多模波导I的第2i阶模式的有效折射率相匹配。当输入到主干多模波导I的模式传输经过主干多模波导1、宽分支多模波导2和细分支多模波导3构成的不对称Y分叉结构的Y分叉时，主干多模波导I的第2i阶模式转换成宽分支多模波导2的第i阶模式并从宽分支多模波导2输出以及主干多模波导I的第(2i+l)阶模式转换成细分支多模波导3的第i阶模式并从细分支多模波导3输出，从而实现输入模式的奇偶分离。
[0018]本发明的主干多模波导1，宽分支多模波导2和细分支多模波导3之间有效折射率匹配示意图如图2所示。通过控制细分支多模波导3的宽度Wtl和宽分支多模波导2的宽度Ww来保证细分支多模波导3的第i阶模式的有效折射率与主干多模波导I的第(2i+l)阶模式的有效折射率以及宽分支多模波导2的第i阶模式的有效折射率与主干多模波导I的第2i阶模式的有效折射率相匹配，细分支多模波导3的第i阶模式的传播常数Piu位于宽分支多模波导2的第i阶模式的传播常数Piu和宽分支多模波导2的第i+Ι阶模式的传播常数\i+1中间。
[0019]将本发明的不对称Y分叉模式间隔分离器应用于对5个输入模式的间隔分离，对其进行仿真，其仿真结果如图3所示。仿真过程中，主干多模波导I的宽度W为25微米，细分支多模波导3的宽度Wtl为10微米，宽分支多模波导2的宽度Ww为15微米，宽分支多模波导2的末端22和细分支多模波导3的末端32之间的间距Wd为24.5微米，宽分支多模波导2和细分支多模波导3的长度L均为12毫米。当输入到主干多模波导I的第O阶准TE模传输经过不对称Y分叉结构的Y分叉时，主干多模波导I的第O阶准TE模转换成宽分支多模波导2的第O阶准TE模并从宽分支多模波导2输出；当输入到主干多模波导I的第I阶准TE模传输经过不对称Y分叉结构的Y分叉时，主干多模波导I的第I阶准TE模转换成细分支多模波导3的第O阶准TE模并从细分支多模波导3输出；当输入到主干多模波导I的第2阶准TE模传输经过不对称Y分叉结构的Y分叉时，主干多模波导I的第2阶准TE模转换成宽分支多模波导2的第I阶准TE模并从宽分支多模波导2输出；当输入到主干多模波导I的第3阶准TE模传输经过不对称Y分叉结构的Y分叉时，主干多模波导I的第3阶准TE模转换成细分支多模波导3的第I阶准TE模并从细分支多模波导3输出；当输入到主干多模波导I的第4阶准TE模传输经过不对称Y分叉结构的Y分叉时，主干多模波导I的第4阶准TE模转换成宽分支多模波导2的第2阶准TE模并从宽分支多模波导2输出。分析图3我们可以看出，本发明的不对称Y分叉模式间隔分离器可以准确的实现输入模式奇偶分离操作，提供灵活的模式分配，提高信道利用率以及通信容量。
【权利要求】
1.一种不对称Y分叉模式间隔分离器，其特征在于包括主干多模波导、宽分支多模波导和细分支多模波导，所述的宽分支多模波导的宽度大于所述的细分支多模波导的宽度，所述的宽分支多模波导的宽度和所述的细分支多模波导的宽度之和与所述的主干多模波导的宽度相等，所述的宽分支多模波导的始端和所述的细分支多模波导的始端分别与所述的主干多模波导的末端连接，所述的宽分支多模波导的始端和所述的细分支多模波导的始端相交，所述的主干多模波导、所述的宽分支多模波导和所述的细分支多模波导构成不对称Y分叉结构，所述的宽分支多模波导的末端和所述的细分支多模波导的末端之间的间距不小于所述的宽分支多模波导的宽度，所述的细分支多模波导的宽度和所述的宽分支多模波导的宽度满足以下条件:，其中β。表示所述的宽分支多模波导中第i阶模式的传播常数，β w,i+1表示所述的宽分支多模波导中第i+ι阶模式的传播常数，β 表示所述的细分支多模波导中第i阶模式的传播常数，i为任一自然数，当输入到所述的主干多模波导的模式传输经过所述的不对称Y分叉结构的Y分叉时，所述的主干多模波导的第2i阶模式转换成所述的宽分支多模波导的第i阶模式并从所述的宽分支多模输出以及所述的主干多模波导的第(2i+l)阶模式转换成所述的细分支多模波导的第i阶模式并从所述的细分支多模波导输出，从而实现输入模式的奇偶分离。
2.根据权利要求1所述的一种不对称Y分叉模式间隔分离器，其特征在于Piu为β。和ew，i+1之和的平均值。
3.根据权利要求1所述的一种不对称Y分叉模式间隔分离器，其特征在于所述的主干多模波导、所述的宽分支多模波导和所述的细分支多模波导分别包括波导主体和衬底，所述的波导主体包括芯层和包覆在所述的芯层外侧的包层，所述的衬底固定在所述的包层的底部，所述的芯层的材料为掺杂二氧化硅，所述的包层的材料为纯二氧化硅，所述的芯层与所述的包层的折射率差为0.01，所述的衬底的材料为硅，所述的主干多模波导的宽度为25微米，所述的细分支多模波导的宽度为10微米，所述的宽分支多模波导的宽度为15微米，所述的宽分支多模波导的末端和所述的细分支多模波导的末端之间的间距为24.5微米，所述的宽分支多模波导和所述的细分支多模波导的长度均为12毫米。
【文档编号】G02B6/125GK104199145SQ201410378293
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2014年8月4日
【发明者】陈伟伟, 汪鹏君, 杨建义 申请人:宁波大学