一种低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构

本申请实施例涉及平面光波导集成器件，特别涉及一种低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构。

背景技术：

1、1×1型多模干涉耦合结构(multimode interference,mmi)作为光电子器件中常见的结构之一，因其多模波导面积大、损耗小、结构紧凑等优点，应用在有源器件上以实现光电转化效率、输出功率等性能的提升。近年来，已有研究报道表明，采用1×1型mmi结构的超发光二极管、半导体光放大器和半导体激光器等有源器件在提升输出功率方面效果显著。

2、常规1×1型mmi结构内部的对称性光模干涉密集度(soid)较大，导致输出光强对多模波导结构参数波动的敏感度高，因此工艺难度较大。随着光子集成的发展，mmi的规模不断缩小，输出光强对多模波导参数变化的敏感性成为紧凑型mmi结构的关键问题。

3、鉴于上述紧凑型mmi出现的问题，亟需发展一种结构简单、低损耗、且对参数范围性不敏感的mmi器件结构。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，通过增加双梯形的腰宽，使多模干涉区内部的干涉点密度降低，因此长宽参数变化对输出光强的影响减小，降低了对器件工艺中引起的制造误差的敏感性，在保持器件紧凑的同时使器件拥有较大的容差，有利于器件集成。

2、为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，包括：包层和设置在包层内的单模输入波导、多模干涉区波导、单模输出波导；单模输入波导、多模干涉区波导、单模输出波导沿光传播的方向依次排布；单模输入波导和单模输出波导均为直波导；多模干涉区波导为双梯形多模干涉区波导，包括第一梯形波导和第二梯形波导；第一梯形波导靠近单模输入波导设置，第二梯形波导靠近单模输出波导设置；第一梯形波导和第二梯形波导均包括相对的第一边和第二边，第一梯形波导和第二梯形波导共用第二边，且单模输入波导位于第一梯形波导的第一边，单模输出波导位于第二梯形波导的第一边；第一梯形波导和第二梯形波导关于多模干涉区波导的宽度方向的中轴线对称，且第一梯形波导和第二梯形波导关于多模干涉区波导的长度方向的中轴线对称。

3、在一些示例性实施例中，单模输入波导、多模干涉区波导和单模输出波导的材料均为ingaasp。

4、在一些示例性实施例中，包层的材料为inp。

5、在一些示例性实施例中，第一梯形波导和第二梯形波导均为等腰梯形波导。

6、在一些示例性实施例中，多模干涉区波导的宽度采用正比例线性渐变换，沿光传播的方向，多模干涉区波导的宽度由第一边的宽度wb变换到第二边的宽度w，再由第二边的宽度w变换到第一边的宽度wb。

7、在一些示例性实施例中，多模干涉区波导的长度的计算公式为：

8、

9、其中，lmmi为多模干涉区波导的长度，lπ为最低2阶模式的拍长，n为输入端的像自映像到输出端像的重数。

10、在一些示例性实施例中，单模输入波导位于第一梯形波导的第一边的中心位置。

11、在一些示例性实施例中，单模输出波导位于第二梯形波导的第一边的中心位置。

12、在一些示例性实施例中，单模输入波导的长度、宽度和厚度分别为200μm、4μm、2.5μm。

13、在一些示例性实施例中，单模输出波导的长度、宽度和厚度分别为200μm、4μm、2.5μm。

14、本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：

15、本申请实施例提供一种低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，包括：包层和设置在包层内的单模输入波导、多模干涉区波导、单模输出波导；单模输入波导、多模干涉区波导、单模输出波导沿光传播的方向依次排布；单模输入波导和单模输出波导均为直波导；多模干涉区波导为双梯形多模干涉区波导，包括第一梯形波导和第二梯形波导；第一梯形波导(靠近单模输入波导设置，第二梯形波导靠近单模输出波导设置；第一梯形波导和第二梯形波导均包括相对的第一边和第二边，第一梯形波导和第二梯形波导共用第二边，且单模输入波导位于第一梯形波导的第一边，单模输出波导位于第二梯形波导的第一边；第一梯形波导和第二梯形波导关于多模干涉区波导的宽度方向的中轴线对称，且第一梯形波导和第二梯形波导关于多模干涉区波导的长度方向的中轴线对称。本申请通过增加双梯形的腰宽，使多模干涉区内部的干涉点密度降低，因此长宽参数变化对输出光强的影响减小，降低了对器件工艺中引起的制造误差的敏感性，在保持器件紧凑的同时使器件拥有较大的容差，有利于器件集成。

技术特征：

1.一种低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，其特征在于，包括：包层和设置在所述包层内的单模输入波导(1)、多模干涉区波导(2)、单模输出波导(3)；所述单模输入波导(1)、所述多模干涉区波导(2)、所述单模输出波导(3)沿光传播的方向依次排布；

2.根据权利要求1所述的低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，其特征在于，所述单模输入波导(1)、所述多模干涉区波导(2)和所述单模输出波导(3)的材料均为ingaasp。

3.根据权利要求1或2所述的低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，其特征在于，所述包层的材料为inp。

4.根据权利要求1所述的低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，其特征在于，所述第一梯形波导(21)和所述第二梯形波导(22)均为等腰梯形波导。

5.根据权利要求1所述的低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，其特征在于，所述多模干涉区波导(2)的宽度采用正比例线性渐变换，沿光传播的方向，所述多模干涉区波导(2)的宽度由第一边的宽度wb变换到第二边的宽度w，再由第二边的宽度w变换到第一边的宽度wb。

6.根据权利要求1所述的低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，其特征在于，所述多模干涉区波导(2)的长度的计算公式为：

7.根据权利要求1所述的低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，其特征在于，所述单模输入波导(1)位于所述第一梯形波导(21)的第一边的中心位置。

8.根据权利要求1所述的低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，其特征在于，所述单模输出波导(3)位于所述第二梯形波导(22)的第一边的中心位置。

9.根据权利要求1所述的低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，其特征在于，所述单模输入波导(1)的长度、宽度和厚度分别为200μm、4μm、2.5μm。

10.根据权利要求1所述的低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，其特征在于，所述单模输出波导(3)的长度、宽度和厚度分别为200μm、4μm、2.5μm。

技术总结
本申请实施例涉及平面光波导集成器件技术领域，特别涉及一种低参数敏感性的1×1双梯形多模干涉耦合器结构，包括：包层和沿光传播的方向依次排布的单模输入波导、多模干涉区波导、单模输出波导；单模输入波导和单模输出波导均为直波导；多模干涉区波导为双梯形多模干涉区波导，包括第一梯形波导和第二梯形波导；第一梯形波导和第二梯形波导关于多模干涉区波导的宽度方向的中轴线对称，且第一梯形波导和第二梯形波导关于多模干涉区波导的长度方向的中轴线对称。本申请降低了对器件工艺中引起的制造误差的敏感性，在保持器件紧凑的同时使器件拥有较大的容差，有利于器件集成。

技术研发人员：范杰,宫梓傲,徐英添,徐睿良,王海珠,虞顺超
受保护的技术使用者：长春理工大学重庆研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8