一种具有均衡分光功率的1×N集成耦合器

本发明属于集成耦合器，具体涉及一种具有均衡分光功率的1×n集成耦合器。

背景技术：

1、在通信系统中可能需要许多交互终端的互连。星形耦合器是一种具有多个输入和输出端口的光学器件，由于其在光网络中的关键作用而引起了极大的关注。基于光纤的星形耦合器一般与大量光纤接头相联，并且需要至少几厘米长度的光纤。因此，该器件往往复杂且庞大。出于这个原因，基于集成波导的星形耦合器成为研究热点，其由分离的通道波导阵列和一个平板辐射区域组成的。这种方法保持了紧凑的芯片尺寸，而通道数可以很大，可以相对容易地扩展到n×n星形耦合器，它的目的是将每个输入信号均匀分配到输出端口。然而，对于采用传统设计的星形耦合器，外围输出端口的插入损耗比中央端口的插入损耗高约6db。

技术实现思路

1、鉴于上述情况，本发明提供一种具有均衡分光功率的1×n集成耦合器，以减少各个输出通道之间的不均匀性，使其各个输出通道之间具有均匀的输出功率，缓解传统星型耦合器不均匀的功率分配。

2、本发明采用的技术方案具体为：

3、一种具有均衡分光功率的1×n集成耦合器，包括一级结构和二级结构，一级结构和二级结构级联形成集成型星形耦合器；

4、所述一级结构包括1个输入波导和m个输出波导阵列；

5、所述二级结构包括m个具有设定角度的入射端口，一个基于罗兰圆的平板衍射区，及n个具有均等夹角的出射端口，所述入射端口和出射端口满足传输式罗兰圆结构，m个输入端口都位于罗兰圆上，n个输出端口位于光栅圆上；m≥2，n≥2。

6、作为本发明的进一步改进，所述n个输出波导阵列对称的分布在半径为r的罗兰圆上，m个输出阵列波导对称的分布在上。

7、作为本发明的进一步改进，所述光栅圆半径是罗兰圆的两倍。

8、作为本发明的进一步改进，所述基于罗兰圆形的平板辐射区域满足如下条件：

9、光栅圆半径为2r，o是光栅面的中心,o2是光栅圆的圆心，以oo2/2为圆心，r为半径的圆为罗兰圆；m路入射波导都位于罗兰圆上，m束光在平板波导内衍射后，都耦合进n路输出波导阵列中。

10、作为本发明的进一步改进，所述1×n集成耦合器包括带低折射率包层的波导芯-绝缘体-硅衬底，波导芯的折射率大于包层折射率。

11、作为本发明的进一步改进，所述波导阵列为条型、脊型或狭缝型波导结构。

12、作为本发明的进一步改进，所述1×n集成耦合器用于通过调整器件整体的宽度w、高度h、二级结构m个入射端口间的角度α，输出波导间的等间距d以及相邻输出波导间的夹角θ，能够调整通道间的分光情况和波长范围，实现n个通道的均匀输出。

13、作为本发明的进一步改进，m＝2时，输出波导阵列采用y型耦合器、mmi或者定向耦合器。

14、本发明的有益效果：本发明提出了一个基于级联结构的集成的1×n集成耦合器。光首先通过1路输入波导，被分为m路光，再次通过m×n的基于罗兰圆的星型耦合器，通过调整其m路输入波导的角度方向，改善n个输出通道的均匀性，降低n路输出光信号的不均匀性。通过设计m个特定入射端口，适当调节端口间夹角度数，实现n端口阵列波导均匀功率输出，有效提高多端口功率分配均匀性。数值计算结果表明通过适当调整上述条件，可以使本发明所述一种具有均匀分光功率的集成型星形耦合器在大规模集成光网络中实现小型集成化均匀功率分配。

技术特征：

1.一种具有均衡分光功率的1×n集成耦合器，其特征在于，包括一级结构和二级结构，一级结构和二级结构级联形成集成型星形耦合器；

2.根据权利要求1所述的一种具有均衡分光功率的1×n集成耦合器，其特征在于，所述n个输出波导阵列对称的分布在半径为r的罗兰圆上，m个输出阵列波导对称的分布在所述光栅圆上。

3.根据权利要求1所述的一种具有均衡分光功率的1×n集成耦合器，其特征在于，所述光栅圆半径是罗兰圆的两倍。

4.根据权利要求1所述的一种具有均衡分光功率的1×n集成耦合器，其特征在于，所述基于罗兰圆形的平板辐射区域满足如下条件：

5.根据权利要求5所述的一种具有均衡分光功率的1×n集成耦合器，其特征在于，所述1×n集成耦合器包括带低折射率包层的波导芯-绝缘体-硅衬底，波导芯的折射率大于包层折射率。

6.根据权利要求1所述的一种具有均衡分光功率的1×n集成耦合器，其特征在于，所述波导阵列为条型、脊型或狭缝型波导结构。

7.根据权利要求1所述的一种具有均衡分光功率的1×n集成耦合器，其特征在于，所述1×n集成耦合器用于通过调整器件整体的宽度w、高度h、二级结构m个入射端口间的角度α，输出波导间的等间距d以及相邻输出波导间的夹角θ，能够调整通道间的分光情况和波长范围，实现n个通道的均匀输出。

8.根据权利要求1所述的一种具有均衡分光功率的1×n集成耦合器，其特征在于，m＝2时，输出波导阵列采用y型耦合器、mmi或者定向耦合器。

技术总结
本发明公开了一种具有均衡分光功率的1×N集成耦合器，包括一级结构和二级结构，一级结构和二级结构级联形成集成型星形耦合器；所述一级结构包括1个输入波导和M个输出波导阵列；所述二级结构包括M个具有设定角度的入射端口，一个基于罗兰圆的平板衍射区，及N个具有均等夹角的出射端口，所述入射端口和出射端口满足传输式罗兰圆结构，M个输入端口都位于罗兰圆上，N个输出端口位于光栅圆上；M≥2，N≥2。本发明该结构采用两级结构单端口入射，经过二级结构的夹角优化后，可以实现N个通道的均匀输出，降低中心通道和边缘通道间的输出强度差异。

技术研发人员：岳洋,方宇熙,张娇楠,耿文璞
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11