微环4位于输入波导1、横电模输出波导2与横磁模输出波导3之间。
[0031]所述输入波导1、横电模输出波导2、横磁模输出波导3和水平槽式微环4底部介质波导环41、上部介质波导环43的高度均相同。
[0032]所述的低折射率材料填充环42的折射率为小于1.8的材料。
[0033]具体的，光信号在上述结构的偏振复用及解复用器中的传输特征如下:其中两条娃基纳米线用于输入光信号、输出横电模光信号TE模、输出横磁模光信号TM模，水平槽式微环结构位于输入与输出波导之间。基于水平槽式微环的模式特性和谐振腔的波长、偏振依赖关系，在特定的谐振波长条件下，TM模可以通过耦合作用和谐振效应从波导3端口处输出；同时，TE模由于输入硅基波导的模式特性与水平槽式微环结的模式特性不匹配导致耦合效率较低，故从波导2端口处直接输出，且无明显衰减现象发生。因此，在功能上实现了光信号的偏振模式在特定波长下的解复用，通过调整并优化波导尺寸、微环半径、波导间隔距离等参数可以实现在1.55 μπι波长处偏振模式复用及解复用的功能。此外，结构具有较高的对称性，输入输出端口具有较大的选择性，能够提升其灵活性与扩展性，提升光互连的通信容量。本发明的突出优势在于偏振复用解复用的效率高，与基于微环的WDM系统兼容，而且结构紧凑，易于集成。
[0034]上述偏振复用解复用器材料均采用绝缘层上硅材料，采用现有成熟的CMOS工艺制作。具有高折射率差的特点，其中所述输入波导1、横电模输出波导2、横磁模输出波导3与介质波导微环41、43均采用高折射率材料硅(Si)，低折射率材料填充环42的折射率为小于1.8的材料，衬底5和包层6采用低折射率材料，如二氧化硅(Si02)。
[0035]图3和图4分别为输入波导结构中横电模与横磁模的主分量模场分布，对于娃基波导，TE与TM模电场能量主要分布在高折射率区，即波导芯层，在波导内形成稳定的传输模式。其中，横电模与横磁模的偏振方向不同。图5和图6分别为水平槽式微环结构截面中横电模与横磁模的主分量模场分布，横电模主要分布在芯层区域，横磁模主要分布在低折射率的填充层中。通过优化传输波导的结构参数，可以使得横磁模在常规波导和水平槽式微环结构中的有效折射率匹配，经过谐振親合，在输出波导3端口输出。同时，横电模在上述波导结构中差异较大，输出波导2端口直接输出，从而实现了偏振模式的解复用。
[0036]图7和图8为偏振复用及解复用器输出波导2、3端口处的传输率与工作波长的关系。从图中可以看出，通过优化波导尺寸、微环半径、间隔距离等参数，可以使得TM模式在
1.55 μπι处产生明显的谐振现象，通过谐振耦合在输出波导3端口输出；而相应的ΤΕ模的模式特性具有较大差异，在耦合区不能与槽式微环产生有效的耦合，将在波导端口 2处输出，从而实现偏振解复用的功能。同时，计算得到的自由光谱区范围约为27nm。根据微环谐振耦合理论，耦合系数具有以下表达式:
[0037]κ = [(31 2-4 5 2lc2)/(41/)]172(1)
[0038]式(1)中，δ为常规硅基纳米线与水平槽式微环结构的传播常数的差值，1。为模式耦合长度，通过全矢量分析和模式计算可以得到，对于输入的TE模，耦合系数较低，谐振特性不明显，将从输出波导端口 2端口输出；对于输入的TM模，耦合系数较高，易产生明显的谐振耦合效应，通过优化可从输出波导端口 3端口输出，从而实现偏振解复用，相应的传输模场分布图如图9、10所不。
[0039]此外，基于本发明中结构的对称性，当输入TE偏振模式从波导端口 2输入，TM偏振模式从波导端口 3输入时，复合的信号将从波导端口 1进行输出，可以有效实现光信号的偏振复用功能。因此，本发明可以根据需要实现片上偏振复用及解复用的功能，具有较高的灵活性和系统扩展性，便于集成。
[0040]上述内容仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种硅基水平槽式微环偏振复用及解复用器，其特征在于该复用及解复用器包括输入波导(1)、横电模输出波导(2)、横磁模输出波导(3)和水平槽式微环(4)、衬底(5)和包层⑶； 衬底(5)位于包层(6)内底部，输入波导(1)、横电模输出波导(2)、横磁模输出波导(3)和水平槽式微环(4)紧贴衬底(5)表面；水平槽式微环(4)自下而上依次包括底部介质波导环(41)、低折射率材料填充环(42)和上部介质波导环(43); 所述波导均为硅基波导，其中输入波导(1)与横电模输出波导(2)直通相连，水平槽式微环(4)位于输入波导(1)、横电模输出波导(2)与横磁模输出波导(3)之间。2.如权利要求1所述的一种硅基水平槽式微环偏振复用及解复用器，其特征在于，所述输入波导(1)、横电模输出波导(2)、横磁模输出波导(3)、水平槽式微环(4)的底部介质波导环(41)和上部介质波导环(43)的高度均相同。3.如权利要求1所述的一种硅基水平槽式微环偏振复用及解复用器，其特征在于，所述的低折射率材料填充环(42)的折射率为小于1.8的材料。
【专利摘要】本发明公开了一种硅基水平槽式微环偏振复用及解复用器，包括衬底和包层，其特征在于：包括输入波导(1)、横电模输出波导(2)、横磁模输出波导(3)和水平槽式微环结构微环(4)；衬底(5)位于包层(6)内底部，输入波导(1)、横电模输出波导(2)、横磁模输出波导(3)和水平槽式微环(4)紧贴衬底(5)表面；水平槽式微环(4)自下而上依次包括底部介质波导环(41)、低折射率材料填充环(42)和上部介质波导环(43)，且水平槽式微环(4)位于输入波导(1)、横电模输出波导(2)和横磁模输出波导(3)之间。本发明器件具有优异的偏振复用及解复用性能，且结构紧凑、工作效率高、制作难度低、价格相对低廉、可与基于微环谐振器的波分复用(WDM)系统兼容等优点。
【IPC分类】G02B6/10, G02B6/12
【公开号】CN105425337
【申请号】CN201510906937
【发明人】肖金标, 罗辉
【申请人】东南大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月9日