一种滤模装置和方法与流程

本申请涉及但不限于硅基光子集成芯片领域，尤指一种滤模装置和方法。

背景技术：

近些年，硅基光子集成芯片在技术上得到了大力的发展，并逐渐开始走向商用。通常情况下，芯片中的器件都是为单一模式设计，但为了降低损耗会采用较宽的波导，可支持多个模式，例如常见的500nm×200nm条带波导中存在三个本征模式，te(transverse-electric，横电)基模、tm(transverse-magnetic，横磁)基模和te一阶模。一般情形下，te基模是芯片中常用的模式，噪声主要为对应偏振的高阶模。它们主要来自于光纤与芯片之间的耦合、波导侧壁的散射或器件中的模式转换等。

相关技术的滤模方案主要有脊波导掺杂吸收、弯曲波导等，但它们的尺寸普遍较大，滤模效果一般。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种滤模装置和方法，以降低芯片中的噪声。

本发明实施例提供了一种滤模装置，包括依次连接的第一渐变波导、弯曲波导和第二渐变波导，其中：

所述第一渐变波导用于接收入射光，使所述入射光中指定模式的偏振光截止，从而过滤所述指定模式的偏振光；

所述弯曲波导用于将所述第一渐变波导过滤的所述指定模式的偏振光向外辐射；

所述第二渐变波导用于将通过所述弯曲波导的光导出。

在一实施例中，所述第一渐变波导的宽度由宽变窄，其中，所述第一渐变波导与所述弯曲波导连接的一端的宽度比接收入射光的一端的宽度窄。

在一实施例中，所述第一渐变波导与所述弯曲波导连接的一端的宽度大于保留模式的截止宽度，小于所述指定模式的截止宽度。

在一实施例中，所述第二渐变波导的宽度由窄变宽，其中，所述第二渐变波导与所述弯曲波导相连的一端的宽度与所述第二渐变波导与所述弯曲波导相连的一端的宽度相同，所述第二渐变波导导出光的一端与所述第一渐变波导接收入射光的一端的宽度相同。

在一实施例中，所述弯曲波导包括一段或多段。

在一实施例中，所述第一渐变波导、弯曲波导和第二渐变波导的外部设置有包层。

在一实施例中，所述滤模装置还包括：光吸收体，

所述光吸收体设置在第一渐变波导、弯曲波导和第二渐变波导的外部，包围所述第一渐变波导、弯曲波导和第二渐变波导，用于吸收所述弯曲波导辐射的所述指定模式的偏振光。

本发明实施例还提供一种滤模方法，包括：

将入射光输入至第一渐变波导，通过所述第一渐变波导使所述入射光中指定模式的偏振光截止，从而过滤所述指定模式的偏振光；

通过弯曲波导将所述第一渐变波导过滤的所述指定模式的偏振光向外辐射；

通过第二渐变波导用于将通过所述弯曲波导的光导出。

在一实施例中，所述第一渐变波导的宽度由宽变窄，所述第一渐变波导与所述弯曲波导连接的一端的宽度大于保留模式的截止宽度，小于所述指定模式的截止宽度。

在一实施例中，通过设置在第一渐变波导、弯曲波导和第二渐变波导的外部的光吸收体吸收所述弯曲波导辐射的所述指定模式的偏振光。

本发明实施例的滤模装置，包括依次连接的第一渐变波导、弯曲波导和第二渐变波导，其中：所述第一渐变波导用于接收入射光，使所述入射光中指定模式的偏振光截止，从而过滤所述指定模式的偏振光；所述弯曲波导用于将所述第一渐变波导过滤的所述指定模式的偏振光向外辐射；所述第二渐变波导用于将通过所述弯曲波导的光导出。本发明实施例与相关技术的滤模方案相比，尺寸小、滤模效果好、设计简单，可以极大地改善芯片性能，降低芯片中的噪声。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1是本发明实施例的滤模装置的组成示意图；

图2是1550nm波段不同宽度条带波导的有效折射率；

图3是本发明应用实例1的滤模装置的组成示意图；

图4是本发明应用实例1的仿真结果示意图，其中a为1550nmte0模式的场分布，b为1550nmte1模式的场分布，c为1550nm波段te0与te1的插损；

图5是本发明应用实例2的滤模装置的组成示意图；

图6是本发明应用实例2的仿真结果，其中a为1550nmte0模式的场分布，b为1550nmte1模式的场分布，c为1550nm波段te0与te1的插损；

图7是本发明应用实例2的滤模装置的组成示意图；

图8是本发明实施例的滤模方法的流程图。

具体实施方式

下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

如图1所示，本发明实施例的滤模装置包括：依次连接的第一渐变波导11、弯曲波导12和第二渐变波导13，其中：

所述第一渐变波导11用于接收入射光，使所述入射光中指定模式的偏振光截止，从而过滤所述指定模式的偏振光；

所述弯曲波导12用于将所述第一渐变波导11过滤的所述指定模式的偏振光向外辐射；

所述第二渐变波导13用于将通过所述弯曲波导12的光导出。

本发明实施例与相关技术的滤模方案相比，尺寸小、滤模效果好、设计简单，可以极大地改善芯片性能，降低芯片中的噪声。

其中，所述第一渐变波导11的宽度由宽变窄，其中，所述第一渐变波导11与所述弯曲波导12连接的一端的宽度比接收入射光的一端的宽度窄。

所述第二渐变波导13的宽度由窄变宽，其中，所述第二渐变波导13与所述弯曲波导12相连的一端的宽度与所述第二渐变波导13与所述弯曲波导12相连的一端的宽度相同，所述第二渐变波导13导出光的一端与所述第一渐变波导11接收入射光的一端的宽度相同。

本发明实施例中，入射光首先进入宽度由宽变窄的第一渐变波导11，实现普通波导到高阶模截止波导的过渡；随后进入弯曲波导12，将已被截止的模式快速‘剥离’波导；最后再经由宽度复原的第二渐变波导13出射。

本发明实施例的实现原理如下：

当波导结构发生改变时，某些模式将不再存在，本发明实施例通过改变波导宽度来实现某些模式的截止。图2为不同宽度、220nm高度波导不同阶te偏振模式的有效折射率neff。根据图2可知，波导宽度越窄，支持的模式越少；模式阶数越高，对应的波导截止宽度越宽(波导截止宽度为支持对应模式传播的最小波导宽度)。

所述第一渐变波导11与所述弯曲波导12连接的一端的宽度可根据滤模的需求来设定，其大于保留模式的截止宽度，小于所述指定模式(待过滤模式)的截止宽度。例如，保留基模te0，需将其设定在450nm以下。保留te一阶模，则可将其设定为450nm～800nm之间。

在一实施例中，所述第一渐变波导11、弯曲波导12和第二渐变波导13的外部设置有包层。

第一渐变波导11宽度由w1渐变至w2，在此过程中高阶模逐渐由波导中心向包层中泄露，但是仍会局限在波导附近。而采用弯曲波导12可加强光场向外辐射，提高滤模效率。

为了实现更好的辐射效果，所述弯曲波导12可包括一段或多段。

在一实施例中，所述滤模装置，还可包括：光吸收体，所述光吸收体设置在第一渐变波导11、弯曲波导12和第二渐变波导13的外部，包围所述第一渐变波导11、弯曲波导12和第二渐变波导13，用于吸收所述弯曲波导12辐射的所述指定模式的偏振光。

所述光吸收体，可采用金属、重掺杂的硅或锗等材质。

下面以一些应用实例进行说明

应用实例1

如图3所示，滤模装置包括宽度由w1变化至w2的第一渐变波导11、弯曲波导12和宽度由w2渐变至w1的第二渐变波导13，其中，第一渐变波导11与输入端口10相连，弯曲波导12包括四段曲率半径为r的波导：33、34、35和36，第二渐变波导13与输出端口20相连。

工作方式如下：由于w2宽度的波导对te偏振高阶模式截止，te偏振高阶模式由输入端口10进入滤模装置，在经过弯曲波导33、34、35和36时会大量泄漏至周围的包层中，而基模te0却可以极低的插损通过，这样便完成了对高阶模式的消除。

本应用实例中，整个滤模装置的波导材质为硅，包层为氧化硅，波导的高度均为220nm，w1为500nm，w2为400nm，第一渐变波导11和第二渐变波导13的长度l均为10μm，四段弯曲波导33～36的曲率半径r为20μm，对应的弯曲角度θ均为30°，整个滤模装置的长度约为60μm。

图4中，a为1550nmte0模式的场分布，b为1550nmte1模式的场分布，c为1550nm波段te0与te1的插损。可通过调整w2，l，θ，r等参数调节te0、te1的插损、消光比。

应用实例2

如图5所示，滤模装置包括宽度由w1变化至w2的第一渐变波导11、弯曲波导12和宽度由w2渐变至w1的第二渐变波导13，其中，第一渐变波导11与输入端口10相连，弯曲波导12包括二段曲率半径为r、弯曲角度为θ的波导：53和54，第二渐变波导13与输出端口20相连。

工作方式如下：由于w2宽度的波导对te偏振高阶模式截止，te偏振高阶模式由输入端口10进入滤模装置，在经过弯曲波导53和54时会大量泄漏至周围的包层中，而基模te0却可以极低的插损通过，这样便完成了对高阶模式的消除。

本应用实例中，整个滤模装置波导材质为硅，包层为氧化硅，波导的高度均为220nm，w1为500nm，w2为450nm，第一渐变波导11和第二渐变波导13的长度l均为10μm，两段弯曲波导53和54的曲率半径r为8μm，对应的弯曲角度θ均为230°，整个滤模装置的长度约为25μm。

图6中，a为1550nmte0模式的场分布，b为1550nmte1模式的场分布，c为1550nm波段te0与te1的插损。可通过调整w2，l，θ，r等参数调节te0、te1的插损、消光比。

应用实例3

应用实例3主体部分与应用实例2相同，滤模装置包括宽度由w1变化至w2的第一渐变波导11、弯曲波导12和宽度由w2渐变至w1的第二渐变波导13，其中，第一渐变波导11与输入端口10相连，弯曲波导12包括二段曲率半径为r、弯曲角度为θ的波导：53和54，第二渐变波导13与输出端口20相连。应用实例3的滤模装置还包括光吸收体77，光吸收体77一般为金属、重掺杂的硅或锗等材质。

工作方式如下：由于w2宽度的波导对te偏振高阶模式截止，te偏振高阶模式由输入端口10进入滤模装置，在经过弯曲波导53和54时会大量泄漏至周围的包层，被光吸收体77吸收，而基模te0却可以极低的插损通过，这样便完成了对高阶模式的消除。

可通过调整w2，l，θ，r等参数调节te0、te1的插损、消光比。

如图8所示，本发明实施例还提供一种滤模方法，包括：

步骤801，将入射光输入至第一渐变波导，通过所述第一渐变波导使所述入射光中指定模式的偏振光截止，从而过滤所述指定模式的偏振光；

步骤802，通过弯曲波导将所述第一渐变波导过滤的所述指定模式的偏振光向外辐射；

步骤803，通过第二渐变波导用于将通过所述弯曲波导的光导出。

在一实施例中，所述第一渐变波导的宽度由宽变窄，所述第一渐变波导与所述弯曲波导连接的一端的宽度大于保留模式的截止宽度，小于所述指定模式的截止宽度。

在一实施例中，通过设置在第一渐变波导、弯曲波导和第二渐变波导的外部的光吸收体吸收所述弯曲波导辐射的所述指定模式的偏振光。

本发明实施例与相关技术的滤模方案相比，尺寸小、滤模效果好、设计简单，可以极大地改善芯片性能，降低芯片中的噪声。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。