一种锥形波导及其设计方法、装置以及光纤耦合系统与流程

本申请涉及光纤通信，特别是涉及一种锥形波导及其设计方法、装置以及光纤耦合系统。

背景技术：

1、楔形模斑转换器可以绝热的调节模斑尺寸以使其匹配耦合到光纤。随着光通信、光存储、光开关和人工智能等领域的出现和发展，硅光子模斑转换器逐渐实用化。

2、但目前存在的耦合器件可以耦合的光纤尺寸不容易放大，也就是无法直接将小尺寸光纤与大尺寸光纤进行耦合的缺陷。示例性地，对于标准单模光纤(smf-28)耦合的场景，标准单模光纤广泛采用透镜光纤与单模标准耦合器(ssc)耦合。其中，透镜光纤的一端较大与标准单模光纤连接，另一端呈锥形与ssc连接，虽然透镜光纤具有减小光斑的作用，但是成本较高而且需要定制。进而，基于目前的实验条件和行业需求，需要能够直接耦合大尺寸光纤的耦合器件，比如可以与标准单模光纤直接耦合。

3、针对现有的耦合器件可以耦合的光纤尺寸不容易放大的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、在本发明中提供了一种锥形波导及其设计方法、装置以及光纤耦合系统，以解决现有的耦合器件无法直接耦合大尺寸光纤的问题。

2、第一个方面，在本发明中提供了一种锥形波导，所述锥形波导包括第一端和第二端，所述第一端的横截面小于所述第二端的横截面；

3、所述锥形波导中设置有多个通孔，所述通孔用于降低所述锥形波导的有效折射率；

4、所述锥形波导的有效折射率由所述第一端至所述第二端逐渐降低。

5、在其中的一些实施例中，所述通孔的直径范围为2nm-10nm。

6、在其中的一些实施例中，所述通孔的直径由所述第一端至所述第二端逐渐增大；

7、和/或，所述通孔的数量由所述第一端至所述第二端逐渐增加。

8、第二个方面，在本发明中提供了一种锥形波导的设计方法，所述方法包括：

9、获取初始锥形波导模型，所述锥形波导模型包括第一端和第二端，所述第一端的横截面小于所述第二端的横截面；

10、满足预设排布条件的前提下，在所述初始锥形波导模型中随机排布通孔，得到待测锥形波导模型；

11、对所述待测锥形波导模型进行仿真计算，得到仿真计算结果；

12、根据所述仿真计算结果，从所述待测锥形波导模型中确定有效锥形波导模型。

13、在其中的一些实施例中，所述仿真计算结果包括有效折射率和输出损耗。

14、在其中的一些实施例中，所述通孔的直径范围为2nm-10nm。

15、在其中的一些实施例中，所述预设排布条件包括：所述通孔的直径由所述第一端至所述第二端逐渐增大；

16、和/或，所述通孔的数量由所述第一端至所述第二端逐渐增加。

17、在其中的一些实施例中，所述根据所述仿真计算结果，从所述待测锥形波导模型中确定有效锥形波导模型包括：

18、当所述待测锥形波导的仿真计算结果满足预设仿真条件时，将所述待测锥形波导确定为有效锥形波导；

19、当所述待测锥形波导的仿真计算结果不满足预设仿真条件时，重新排布所述待测锥形波导中的所述通孔，并重新对所述待测锥形波导进行仿真计算。

20、第三个方面，在本发明中提供了一种锥形波导的设计装置，所述装置包括：

21、模型获取模块，用于获取初始锥形波导模型；

22、通孔排布模块，用于满足预设排布条件的前提下，在所述初始锥形波导模型中随机排布通孔，得到待测锥形波导模型；

23、仿真计算模块，用于对所述待测锥形波导模型进行仿真计算，得到仿真计算结果；

24、模型确定模块，用于根据所述仿真计算结果，从所述待测锥形波导模型中确定有效锥形波导模型。

25、第四个方面，在本发明中提供了一种光纤耦合系统，所述系统包括：锥形波导、直波导和标准单模光纤；

26、所述锥形波导的第一端与所述直波导耦合，及其第二端与所述标准单模光纤耦合；

27、所述锥形波导为第一个方面所述的锥形波导；

28、或者，所述锥形波导采用第二个方面所述的设计方法进行设计得到。

29、第三个方面，在本发明中提供了一种电子装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第二个方面所述的锥形波导的设计方法。

30、第四个方面，在本发明中提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第二个方面所述的锥形波导的设计方法。

31、与相关技术相比，在本发明中提供的锥形波导及其设计方法、装置以及光纤耦合系统，通过在锥形波导中设置通孔，可以使得锥形波导的有效折射率由所述第一端至所述第二端逐渐降低，或者说使得锥形波导的光斑由所述第一端至所述第二端逐渐增大。具有直接将小尺寸光纤与大尺寸光纤进行耦合的效果，解决了现有的耦合器件可以耦合的光纤尺寸不容易放大的问题。

32、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

技术特征：

1.一种锥形波导，其特征在于，所述锥形波导包括第一端和第二端，所述第一端的横截面小于所述第二端的横截面；

2.根据权利要求1所述的锥形波导，其特征在于，所述通孔的直径范围为2nm-10nm。

3.根据权利要求2所述的锥形波导，其特征在于，所述通孔的直径由所述第一端至所述第二端逐渐增大；

4.一种锥形波导的设计方法，其特征在于，所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的锥形波导的设计方法，其特征在于，所述仿真计算结果包括有效折射率和输出损耗。

6.根据权利要求4所述的锥形波导的设计方法，其特征在于，所述通孔的直径范围为2nm-10nm。

7.根据权利要求4所述的锥形波导的设计方法，其特征在于，

8.根据权利要求4所述的锥形波导的设计方法，其特征在于，所述根据所述仿真计算结果，从所述待测锥形波导模型中确定有效锥形波导模型包括：

9.一种锥形波导的设计装置，其特征在于，所述装置包括：

10.一种光纤耦合系统，其特征在于，所述系统包括：锥形波导、直波导和标准单模光纤；

技术总结
本申请涉及一种锥形波导及其设计方法、装置以及光纤耦合系统，其中，该锥形波导包括：第一端和第二端，第一端的横截面小于第二端的横截面；锥形波导中设置有多个通孔，通孔用于降低锥形波导的有效折射率；锥形波导的有效折射率由第一端至第二端逐渐降低。本发明通过在锥形波导中设置通孔，可以使得锥形波导的有效折射率由第一端至第二端逐渐降低，或者说使得锥形波导的光斑由第一端至第二端逐渐增大。具有直接将小尺寸光纤与大尺寸光纤进行耦合的效果，解决了现有的耦合器件可以耦合的光纤尺寸不容易放大的问题。

技术研发人员：张瑾,王敬好,王震,胡辰,李佳,储涛
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12