用于多芯光纤的紧凑型双偏振耦合器的制作方法

本公开内容涉及光纤耦合器，并且更具体地，涉及用于多芯光纤的光栅耦合器。

背景技术：

1、在数据中心及光学网络中运用光纤传输系统以光学地连接多个不同的光学装置。为了增加此类光纤传输系统的容量，已研究了包含多芯光纤的各种空分复用技术。若来自芯中的全部芯的光能有效率地耦合，则采用如此多芯光纤为最有益的。例如，若来自多芯光纤的光被传输至集成光子器件(诸如光子集成电路)，则光栅耦合器可被用于将多芯光纤的每个芯耦合至光子集成电路的波导。现有的光栅耦合器可包含用于将来自多芯光纤的每个芯的光学信号引导至波导的一个波导的光栅及波导锥形体。此类现有的光栅及波导锥形体在结构上与特定多芯光纤不兼容。若多芯光纤中的芯到芯间隔距离太小，例如，现有的光栅及波导锥体组合可能过于庞大，无法有效率地将来自每个芯的两种偏振模式的光耦合至单独的波导。因此，现有的光栅耦合器可能会致使光学信号中的偏振多样性的损失，这对于高端通信系统而言为不可接受的。

技术实现思路

1、本公开内容的第一方面包含光学系统，光学系统包括：多芯光纤，多芯光纤包括多个芯；以及光纤耦合器。光纤耦合器包括光栅阵列，光栅阵列包括设置在基板上的多个偏振分光光栅。多个偏振分光光栅以对应于多芯光纤中的多个芯以接收来自多个芯中的一个芯的光学信号中的方式布置。多个偏振分光光栅包括的偏振分光光栅的数量小于或等于多芯光纤的芯的数量。光纤耦合器还包括第一模转换器，其从多个偏振分光光栅的每个偏振分光光栅的第一侧延伸以接收由偏振分光光栅散射的光学信号的第一偏振模式；第二模转换器，其从多个偏振分光光栅的每个偏振分光光栅的第二侧延伸，以接收由偏振分光光栅散射的光学信号的第二偏振模式；以及多个波导，其从模转换器的每个模转换器的端部延伸以引导光学信号的一个光学信号的单个偏振模式。

2、本公开内容的第二方面包含根据第一方面的光学系统，其中多个芯中的毗邻芯彼此通过小于或等于45μm的最小芯到芯间隔距离隔开。

3、本公开内容的第三方面包含根据第一至第二方面中任一项的光学系统，其中多芯光纤包括小于或等于125μm的总直径。

4、本公开内容的第四方面包含根据第一至第三方面中任一项的光学系统，其中多芯光纤包括至少2个芯，使得4个偏振模式由从每个模转换器的端部延伸的多个波导引导。

5、本公开内容的第五方面包含根据第一至第四样中任一项的光学系统，其中多芯光纤包括至少5个芯，使得10个偏振模式由从每个模转换器的端部延伸的多个波导引导。

6、本公开内容的第六方面包含根据第一至第五方面中任一项的光学系统，其中多个芯中的相邻芯彼此由小于或等于35μm的最小芯到芯间隔距离隔开。

7、本公开内容的第七方面包含根据第一至第六方面中任一项的光学系统，其中多个偏振分光光栅的第一侧及第二侧与多个芯中的每个芯的模式场直径至少一样长。

8、本公开内容的第八方面包含根据第一至第七方面中任一项的光学系统，其中模场直径大于或等于5μm且小于或等于25μm。

9、本公开内容的第九方面包含根据第一至第八方面中任一项的光学系统，其中从多个偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅延伸的第一模转换器及第二模转换器包括在垂直于第一偏振模式及第二偏振模式的传播方向的方向上的尺寸，该尺寸小于或等于模式场直径的1.2倍。

10、本公开内容的第十方面包含根据第一至第九方面中任一项的光学系统，其中从多个偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅延伸的第一模转换器及第二模转换器包括在第一偏振模式及第二偏振模式的所述传播方向上的尺寸，该尺寸小于或等于模式场直径。

11、本公开内容的第十一方面包含根据第一至第十方面中任一项的光学系统，其中每个偏振分光光栅以及从其延伸的第一模转换器及第二模转换器包括小于或等于250μm2的结合横截面积。

12、本公开内容的第十二方面包含根据第一至第十一方面中任一项的光学系统，其中光栅阵列的相邻偏振分光光栅的中心彼此由最小光栅间隔距离隔开，所述最小光栅间隔距离对应至多个芯的间隔。

13、本公开内容的第十三方面包含根据第一至第十二方面中任一项的光学系统，其中多个波导的每个波导与多个波导中的其他波导由至少500nm的最小波导间隔距离隔开。

14、本公开内容的第十四方面包含根据第一至第十三方面中任一项的光学系统，其中多个波导被弯曲使得多个波导延伸至光栅阵列的外侧。

15、本公开内容的第十五方面包含根据第一至第十四方面中任一项的光学系统，其中多个波导中的至少一个波导被弯曲，使得在光栅阵列的外侧，所述至少一个波导的延伸方向在模转换器端部相对于最初的延伸方向改变至少90°。

16、本公开内容的第十六方面包含根据第一至第十五方面中任一项的光学系统，其中多个波导中的至少一个波导在光栅阵列内的偏振分光光栅中的两个偏振分光光栅之间延伸。

17、本公开内容的第十七方面包含根据第一至第十六方面中任一项的光学系统，其中光学信号的每个偏振模式以大于或等于-6.0db耦合效率耦合至多个波导中的一个波导中。

18、本公开内容的第十八方面包含根据第一至第十七方面中任一项的光学系统，其中光学信号的每个偏振模式以大于或等于-10db且小于或等于-0.5db的耦合效率耦合至多个波导中的一个波导中。

19、本公开内容的第十九方面包含根据第一至第十八方面中任一项的光学系统，其中光纤耦合器在1550nm附近以大于或等于50nm的3db耦合效率带宽，耦合多个波导中每个光学信号的两种偏振模式。

20、本公开内容的第二十方面包含根据第一至第十九方面中任一项的光学系统，其中从偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅延伸的第一模转换器及第二模转换器中的每个模转换器包括沿着弯曲的轮廓延伸的多个纳米结构，所述弯曲的轮廓朝着从模转换器延伸的波导延伸。

21、本公开内容的第二十一方面包含根据第一至第二十方面中任一项的光学系统，其中多个纳米结构包括100nm的最小特征尺寸。

22、本公开内容的第二十二方面包含用于将多芯光纤耦合至光子器件的光学装置，包括。光学装置包括偏振分光光栅，其被设置在基板上，偏振分光光栅在第一传播方向上将第一偏振模式的光朝向偏振分光光栅的第一侧引导，在第二传播方向上将第二偏振模式的光朝向偏振分光光栅的第二侧引导。第一侧及第二侧的长度大于或等于10μm且小于或等于15μm。光学装置还包含从偏振分光光栅的第一侧及第二侧延伸的第一侧及第二模转换器，第一侧及第二模转换器将第一传播方向及第二传播方向上的第一偏振模式及第二偏振模式分别引导至从第一模转换器及第二模转换器延伸的第一波导及第二波导中。第一模转换器及第二模转换器包括沿着第一传播方向及第二传播方向的长度，所述长度小于或等于偏振分光光栅的第一侧及第二侧的长度。

23、本公开内容的第二十三方面包含根据第二十二方面的光学装置，其中偏振分光光栅、第一模转换器以及第二模转换器包括小于或等于250μm2的结合横截面积。

24、本公开内容的第二十四方面包含根据第二十二至第二十三方面中任一项的光学装置，其中偏振分光光栅的第一侧和第二侧包括大于或等于10μm的长度。

25、本公开内容的第二十五方面包含根据第二十二至第二十四方面中任一项的光学装置，其中第一及第二模转换器沿着第一传播方向及第二传播方向包括大于或等于3μm且小于或等于10μm的长度。

26、本公开内容的第二十六方面包含根据第二十二至第二十五方面中任一项的光学装置，其中第一及第二模转换器将第一偏振模式及第二偏振模式引导至第一导及第二波导，其带有大于或等于-0.5db的插入损耗。

27、本公开内容的第二十七方面包含根据第二十二至第二十六方面中任一项的光学装置，其中偏振分光光栅为包括多个偏振分光光栅的光栅阵列的组件，多个偏振分光光栅以对应于多芯光纤中的多个芯的布置的方式布置，使得多个偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅接收来自芯中的一个芯的光学信号。

28、本公开内容的第二十八方面包含根据第二十二至第二十七方面中任一项的光学装置，进一步包括从多个偏振分光光栅的每个偏振分光光栅的第一侧及第二侧延伸的模转换器对，所述模转换器对中的每个模转换器将光学信号中的一个光学信号的偏振模式引导至被设置在模转换器的端部的波导。

29、本公开内容的第二十九方面包含根据第二十二至第二十八方面中任一项的光学装置，其中光栅阵列的相邻偏振分光光栅的中心彼此由最小光栅间隔距离隔开，最小光栅间隔距离为小于或等于50μm。

30、本公开内容的第三十方面包含根据第二十二至第二十九方面中任一项的光学装置，进一步包括将多芯光纤保持在基板上方小于50μm处，使得多个芯中的一个芯与光栅阵列的多个偏振分光光栅中的一个偏振分光光栅对准。

31、本公开内容的第三十一方面包含根据第二十二至第三十方面中任一项的光学装置，其中多芯光纤中的多个芯包括小于或等于45μm的最小芯到芯间隔距离。

32、本公开内容的第三十二方面包含根据第二十二至第三十一方面中任一项的光学装置，其中多芯光纤中的多个芯的相邻芯彼此通过大于或等于20μm且小于或等于25μm的最小芯到芯间隔距离隔开。

33、本公开内容的第三十三方面包含根据第二十二至第二十三方面中任一项的光学装置，其中多芯光纤包括小于或等于125μm的总直径。

34、本公开内容的第三十四方面包含一种将来自多芯光纤的光耦合至光子集成电路的方法。所述方法包括以下步骤将多个光学信号从多芯光纤的多个芯传输至光子集成电路的光栅阵列上，光栅阵列包括设置在基板上的多个偏振分光光栅，多个偏振分光光栅以对应于多芯光纤中的多个芯的方式布置，以接收光学信号中的一个光学信号。方法包括以下步骤，在多个偏振分光光栅的一个偏振分光光栅处散射多个光学信号中的每个光学信号的光，使得在第一传播方向及第二传播方向上分别引导多个光学信号的第一偏振模式及第二偏振模式。方法包括以下步骤，使用从多个偏振分光光栅中的每个偏振分光光栅延伸的模转换器将第一偏振模式及第二偏振模式中的每个偏振模式个别地引导至多个波导中。多芯光纤包括至少5个芯，使得至少10种不同的偏振模式经由多个模转换器被引导至多个波导中。多个芯中的相邻芯是由小于或等于45μm的芯到芯间隔距离隔开。

35、本公开内容的第三十五方面包含根据第三十四方面的方法，其中多芯光纤包括小于或等于125μm的总直径。

36、本公开内容的第三十六方面包含根据第三十四方面至第三十五方面中任一项的方法，其中，芯到芯最小间隔距离小于或等于35μm。

37、本公开内容的第三十七方面包含根据第三十四方面至第三十六方面中任一项的方法，其中多芯光纤包括至少2个芯，使得至少4种不同的偏振模式经由模转换器引导至多个波导中。

38、本公开内容的第三十八方面包含根据第三十四方面至第三十七方面中任一项的方法，其中一个偏振分光光栅以及从其延伸的多个模转换器的模转换器对包括小于或等于250μm2的结合横截面积。

39、应当了解，上述一般性描述以及以下实施方式二者呈现的实施例仅为示例性的，并且预期提供概述或框架，此类概述或框架以理解权利要求的性质与特征。附加特征与优点将于随后的实施方式中阐述，并且部分地对于本领域技术人员而言从描述中为显而易见的，或通过实践在书面描述及权利要求中描述的实施例和所附附图认知。