基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器及方法与流程

本发明涉及光通信器件领域，具体是涉及一种基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器及方法。

背景技术：

超宽带宽3dB分合束器是光通信中偏振复用等应用的一个重要器件。目前使用的3dB分束器主要有：Y分支3dB分束器、1×2多模干涉仪、基于消逝场的3波导分束器。

Y分支3dB分束器虽然可以实现超宽带宽的3dB分束，但是由于存在重要的精细结构，所以需要很高的加工精度，成本很高。

1×2多模干涉仪的主要缺点是带宽不宽，需要针对不同波段分别设计。

基于消逝场的3波导分束器应用了3个梯形的波导，入射波导收窄到相当小的程度，使光泄露后进入两个出射波导，这种结构虽然可以做得非常短，但也存在重要的精细结构，所以也需要很高的加工精度，成本很高。

因此，现有的3dB分合束器需要很高的加工精度、加工成本高，或者带宽较窄。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器及方法，能够实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽3dB分合束，且不需要很高的光刻精度，工艺复杂度低，成本低。

本发明提供一种基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器，该3dB分合束器包括轴对称波导、第一梯形波导、第二梯形波导、第一弯曲波导、第二弯曲波导，轴对称波导的对称轴与传播方向平行，轴对称波导在定向耦合区逐渐缩窄到一定宽度；第一梯形波导、第二梯形波导对称布置在轴对称波导的两侧，在定向耦合区，第一梯形波导、第二梯形波导的宽度均逐渐加宽；第一弯曲波导与第一梯形波导连接，连接处宽度相等；第二弯曲波导与第二梯形波导连接，连接处宽度相等；第一弯曲波导、第二弯曲波导沿轴对称波导的对称轴对称布置。

在上述技术方案的基础上，入射光由3dB分合束器的一端入射，进入轴对称波导，在定向耦合区，对称的耦合到第一梯形波导与第二梯形波导中；当第一梯形波导与第二梯形波导的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；第一梯形波导中的光由第一弯曲波导引出，第二梯形波导中的光由第二弯曲波导引出，最终从3dB分合束器的另一端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB分束。

在上述技术方案的基础上，入射光由3dB分合束器的另一端入射，分别进入第一弯曲波导、第二弯曲波导，第一弯曲波导中的光入射到第一梯形波导中，第二弯曲波导中的光入射到第二梯形波导中，第一梯形波导、第二梯形波导中的光在传播过程中逐渐耦合到轴对称波导中，当第一梯形波导与第二梯形波导的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；最终从轴对称波导左端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB合束。

在上述技术方案的基础上，所述轴对称波导在定向耦合区逐渐缩窄到不小于制作工艺最小制作线宽的宽度。

在上述技术方案的基础上，在定向耦合区，所述第一梯形波导、第二梯形波导的宽度均由不小于制作工艺最小制作线宽的宽度逐渐加宽。

本发明还提供一种应用在上述3dB分合束器的基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束方法，包括以下步骤：

入射光由3dB分合束器的一端入射，进入轴对称波导，在定向耦合区，对称的耦合到第一梯形波导与第二梯形波导中；当第一梯形波导与第二梯形波导的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；第一梯形波导中的光由第一弯曲波导引出，第二梯形波导中的光由第二弯曲波导引出，最终从3dB分合束器的另一端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB分束；

入射光由3dB分合束器的另一端入射，分别进入第一弯曲波导、第二弯曲波导，第一弯曲波导中的光入射到第一梯形波导中，第二弯曲波导中的光入射到第二梯形波导中，第一梯形波导、第二梯形波导中的光在传播过程中逐渐耦合到轴对称波导中，当第一梯形波导与第二梯形波导的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；最终从轴对称波导左端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB合束。

在上述技术方案的基础上，所述轴对称波导在定向耦合区逐渐缩窄到不小于制作工艺最小制作线宽的宽度。

在上述技术方案的基础上，在定向耦合区，所述第一梯形波导、第二梯形波导的宽度均由不小于制作工艺最小制作线宽的宽度逐渐加宽。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明中的轴对称波导在定向耦合区逐渐缩窄到一定宽度；第一梯形波导、第二梯形波导对称布置在轴对称波导的两侧，第一梯形波导、第二梯形波导的宽度均逐渐加宽；第一弯曲波导与第一梯形波导连接，连接处宽度相等；第二弯曲波导与第二梯形波导连接，连接处宽度相等；第一弯曲波导、第二弯曲波导沿轴对称波导的对称轴对称布置。当耦合区的长度足够长时，波导宽度变化较慢，耦合过程是绝热的，即可实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合。

(2)器件不存在精细尺寸，不需要很高的光刻精度，工艺复杂度低，容差大，成品率高，成本低。

附图说明

图1是本发明实施例中基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器的俯视图。

图2是图1的主视图。

图3是图1沿A-A方向的剖视图。

图4是图1沿B-B方向的剖视图。

附图标记：1-轴对称波导，2-第一梯形波导，3-第二梯形波导，4-第一弯曲波导，5-第二弯曲波导。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束器，包括轴对称波导1、第一梯形波导2、第二梯形波导3、第一弯曲波导4、第二弯曲波导5，轴对称波导1的对称轴与传播方向平行，轴对称波导1在定向耦合区逐渐缩窄到一定宽度；第一梯形波导2、第二梯形波导3对称布置在轴对称波导1的两侧，在定向耦合区，第一梯形波导2、第二梯形波导3的宽度均逐渐加宽；第一弯曲波导4与第一梯形波导2连接，连接处宽度相等；第二弯曲波导5与第二梯形波导3连接，连接处宽度相等；第一弯曲波导4、第二弯曲波导5沿轴对称波导1的对称轴对称布置。

本发明实施例还提供一种应用在上述3dB分合束器的基于梯形波导定向耦合器的超宽带宽3dB分合束方法，包括以下步骤：

入射光由3dB分合束器的一端入射，进入轴对称波导1，在定向耦合区，对称的耦合到第一梯形波导2与第二梯形波导3中；当第一梯形波导2与第二梯形波导3的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即可实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；第一梯形波导2中的光由第一弯曲波导4引出，第二梯形波导3中的光由第二弯曲波导5引出，最终从3dB分合束器的另一端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB分束。

入射光由3dB分合束器的另一端入射，分别进入第一弯曲波导4、第二弯曲波导5，第一弯曲波导4中的光入射到第一梯形波导2中，第二弯曲波导5中的光入射到第二梯形波导3中，第一梯形波导2、第二梯形波导3中的光在传播过程中逐渐耦合到轴对称波导1中，当第一梯形波导2与第二梯形波导3的长度足够长时，耦合过程是绝热的，即可实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的耦合；最终从轴对称波导1左端出射，实现覆盖光通信O波段至U波段的超宽带宽的3dB合束。

在实际应用中，轴对称波导1在定向耦合区逐渐缩窄到不小于制作工艺最小制作线宽的宽度。在定向耦合区，第一梯形波导2、第二梯形波导3的宽度均由不小于制作工艺最小制作线宽的宽度逐渐加宽。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。