一种基于弱限制大截面光波导的双偏振模式复用-解复用器的制造方法
【专利说明】一种基于弱限制大截面光波导的双偏振模式复用-解复用
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技术领域
[0001]本发明涉及一种复用-解复用器，尤其是涉及用于模式复用系统的一种基于弱限制大截面光波导的双偏振模式复用-解复用器。
【背景技术】
[0002]众所周知，长距离光通信已经取得巨大成功。同样地，光互连作为一种新的互联方式，可克服传统电互联存在的瓶颈问题，引起了广泛关注。自1984年J.W.Goodman提出在VLSI中采用光互连方案以来，光互连研宄已取得了巨大进展。当前光互连不断向超短距离互联推进，其通信容量需求日益增长。针对光互连系统数据传输量大的特点，最直接的方法是借用长距离光纤通信系统中常用的波分复用(WDM)技术。
[0003]然而，波分复用系统需要多路激光器或可调谐激光器等价格昂贵的元件或模块，因而成本很高，很大程度上将限制它在光互联系统中的广泛应用。因此，亟需发展新的复用技术，从而降低波分复用系统的成本。模式复用技术在多模光纤通信中很早就被提出，但由于光纤模式控制(如转化、激发)技术的难题使之进展缓慢。最近，人们提出采用少模光纤技术，可将通信容量提升数倍，并有效克服模间串扰，因而成为当前的研宄热点。对于基于少模光纤的模式复用系统，其核心器件是模式(解)复用器，用于实现各阶模式的合 / 分° 文献[Maxim Greenberg 等，“Simultaneous dual mode add/drop multiplexersfor optical interconnects buses，，，Optics Communicat1ns 266(2006)527 - 531]设计了一种基于功率渐变(adiabatic power transfer)原理的双模插分复用器，同时上传/下载两个模式，但其设计复杂，不易于拓展，且仅工作于单个偏振。文献【S.Bagheri, andWilliam M.J.Green “Silicon-on-1nsulator mode-selective add-drop unit foron-chip mode-divis1n multiplexing,，，6th IEEE Internat1nal Conference onGroup IV Photonics, 2009 (GFP' 09), Page (s): 166-168, 9-llSept.2009]给出了一种基于多级模式耦合的双模插分复用器，但仅实现了基模和第一高阶模的复用，其结构复杂、设计不便、器件尺寸大、且不易于扩展至更多通道的模式复用。文献【Daoxin Dai, JianWang, and Yaocheng Shi,"Silicon mode (de)multiplexer enabling high capacityphotonic networks-on-chip with a single-wavelength-carrier light,〃0pt.Lett.38，1422-1424，2013】给出了一种基于级联非对称耦合器的多通道集成光波导模式复用-解复用器，易于扩展，可实现多通道。在此基础上，文献【Jian Wang, SailingHe, and Daoxin Da1.0n-chip silicon 8-channel hybrid(de)multiplexer enablingsimultaneous mode-and polarizat1n-divis1n-multiplexing.Laser&PhotonicsReviews.8(2):L18 - L22, 2014】给出了一种实现双偏振模式复用器，可实现两组正交偏振态的基模及高阶模的合/分。其原理是:对于两个正交偏振态基模的合/分，采用一个常规偏振复用器来实现；然后依次针对各偏振态的各个高阶模，分别利用一个优化设计的非对称耦合器将耦合合到总线波导上。这种设计要求非对称耦合器具有显著的偏振敏感性，通常需采用超高折射率差光波导方可实现，因而比较适合于片上光互连系统，但与少模光纤耦合则存在一定困难。因此，现有技术缺少一种适合于便于与少模光纤耦合的多通道集成光波导双偏振模式复用-解复用器。
【发明内容】
[0004]针对【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种基于弱限制大截面光波导的双偏振模式复用-解复用器，从而实现将多路信号分别加载至同一条多模波导的N个本征模上，形成模式复用，实现大容量的数据传输。进一步的结合偏振复用技术，进一步地扩大容量。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]本发明包括总线波导、2N+2条输入光波导、N+1个偏振合束器、N条连接波导和N个非对称方向親合器，N>0 ;每个偏振合束器的两个输入端均分别连接有两条输入光波导，所有偏振合束器中任一偏振合束器的输出端与总线波导连接，其余偏振合束器的输出端依次经连接波导、前S形弯曲光波导后与耦合区光波导的一端连接，耦合区光波导的另一端与后S形弯曲光波导连接；总线波导包含有依次连接的N个多模光波导，耦合区光波导分别与总线波导的各个多模光波导耦合连接，位于末端的第N个多模光波导与输出多模光波导连接；作为复用器，光信号从输入光波导输入并从输出多模光波导输出；作为解复用器，光信号从输出多模光波导输入并从输入光波导输出。
[0007]所述的总线波导包括总线连接波导、N个锥形光波导、输出多模光波导和依次连接且宽度依次递增的N个多模光波导，相邻的两个多模光波导之间通过锥形光波导连接，宽度最小的多模光波导输入端经锥形光波导、总线连接波导后与任一偏振合束器的输出端连接，宽度最大的多模光波导作为末端，其输出端与输出多模光波导连接。
[0008]所述的弱限制大截面光波导的截面尺寸为微米量级，且偏振不敏感，即波导双折射小于10'
[0009]所述的与第η个多模光波导对应的耦合区光波导的长度满足:耦合区光波导的横电基模完全耦合到第η个多模光波导的第η阶横电高阶模，并且该耦合区光波导的横磁基模完全耦合到第η个多模光波导的第η阶横磁高阶模，η = 1、…、N。
[0010]所述的第η个多模光波导及与其对应的耦合区光波导的高度满足:第η个多模光波导与耦合区光波导高度不相等，并且耦合区光波导的基模耦合至第η个多模光波导中模场在高度方向上有两个或两个以上峰的高阶模。
[0011]所述的第η个多模光波导及与其对应的耦合区光波导的宽度满足:耦合区光波导的基模与第η个多模光波导的第n+1个横电高阶模的位相匹配。
[0012]所述的输出多模光波导宽度大于或等于位于末端的第N个多模光波导的宽度。
[0013]所述的第η个多模光波导支持至少n+1个本征模式。
[0014]所述的各个锥形光波导两端的宽度分别等于与其相连的多模光波导的宽度，所有锥形光波导的锥度均满足绝热条件。
[0015]所述的偏振合束器由非对称親合器构成，具有两个输入端口、一个输出端口。
[0016]本发明具有的有益效果是:
[0017]本发明结构紧凑，实现了将多路信号分别加载至同一条多模波导的2N个双偏振本征模上，形成模式复用，实现大容量的数据传输，通过结合偏振复用技术，进一步地扩大容量，适用于模式复用系统，便于与少模光纤相耦合，且具有设计方便、结构紧凑、便于扩展等突出优点。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的实施例示意图。
[0019]图2是Si02掩埋型光波导的膜层结构，包含下薄层、芯层、上薄层。
[0020]图3是基于非对称耦合器结构的偏振合束器结构示意图。
[0021]图4是偏振合束器耦合区的截面示意图。
[0022]图5是第一多模波导对应的耦合区截面示意图。
[0023]图6是第二多模波导对应的耦合区截面示意图。
[0024]图中:10、总线连接波导，11、第一连接波导，12、第二连接波导，13、第三连接波导，…，In、第η连接波导，…，IN、第N连接波导，21、第一锥形光波导，22、第二锥形光波导，…，2η、第η锥形光波导，…，2Ν、第N锥形光波导，31、第一多模光波导，32、第二多模光波导，…，3η、第η多模光波导，…，3Ν、第N多模光波导，41、第一前S型弯曲光波导，42、第二前S型弯曲光波导，…，4η、第η前S型弯曲光波导，…，4Ν、第N前S型弯曲光波导，61、第一后S型弯曲光波导，62、第二后S型弯曲光波导，…，6η、第η后S型弯曲光波导，…，6Ν、第N后S型弯曲光波导，51、第一親合区光波导，52、第二親