。
[0096]在诠释位于虚线BB’到虚线CC’之间的第一双刻蚀波导的工作原理之前，需要先阐述一些概念，具体如下:
[0097]一般来说，波导越宽，所能支持传输的模式越多。比如，一波导支持5个模式，按照模式有效折射率从大到小，分别从O到4标号，称作O阶模，I阶模，一直到4阶模。这5个模式假设有3个TE模式和2个TM模式，那么TE模式按照有效折射率从大到小排列分别是TEO，TEl，TE2，而TM模式按照有效折射率从大到小排列分别是TM0，TM1。综合起来，这能传播5个模式的波导可传输的模式为TEO，TMO, TEl, TMl, TE2。
[0098]一般采用对称波导进行光的传输时，波导中的模式分别是TE0，TE1，TE2，…，ΤΜ0，TM1，TM2，……。其中的TE的电场方向是平行于横向，TM的电场方向是垂直于横向的传播方向，上述模式中任意两个模式如果求重叠积分都是0，所以上述模式TE0，TE1等模式为正交模式。
[0099]但是如果波导横截面不是对称的，那么在某些尺寸下的波导支持的模式的电场方向既不垂直也不平行，模式表现出既不是TE也不是TM的混合模式，即理解成TE和TM的过渡形式。
[0100]具体的，本实施例中，在已经确定好单模输入波导的宽度Wl和高度Hl的基础上，通过对第一刻蚀区102在虚线CC’处的宽度W2，第二刻蚀区101在虚线BB’处的宽度Cl，第二刻蚀区101在虚线CC’处的宽度C2以及第二刻蚀区101的高度H2这四个参数的设置，可以使得波导在虚线BB’处的横截面(图3所示横截面)所支持传输的光的O阶模为TEO模式，I阶模为TMO模式，而在虚线CC’处的横截面(图4所示横截面)所支持传输的光的O阶模为TEO模式、I阶模为TEl模式、2阶模为TMO模式。
[0101]由于第一刻蚀区102和第二刻蚀区101的高度不同，使得双刻蚀波导的横截面上下不对称，故在传输过程中，沿着传输方向，位于虚线BB’到虚线CC’之间的第一双刻蚀波导中会存在模式混合区域，即TE和TM的过渡形式。
[0102]所以虚线BB’处截面输入的I阶TMO模式可以缓慢地转化为虚线CC’处截面输出的I阶TEl模式，而虚线BB’处截面输入的O阶TEO模式在虚线CC’处截面输出保持不变，依然是O阶模TEO模式。
[0103]故位于虚线BB’到虚线CC’之间的第一双刻蚀波导实现了 TEO模式转化为TEl模式。即输入单模输入波导100，并传输至虚线BB’处截面的TEO模式和TMO模式，经过第一双刻蚀波导的传输，在虚线CC’处截面输出的为TEl模式和TMO模式。
[0104]具体上述基于双刻蚀波导的模式转化原理具体参考已公开论文:J.Wang，M.Qi, Y.Xuan, H.Huang, Y.Li, Μ.Li, X.Chen, Q.Jia, Z.Sheng, A.ffu, ff.Li, X.Wang, S.Zou,和F.Ganj"Proposal for fabricat1n-tolerant SOI polarizat1n splitter-rotatorbased on cascaded MMI couplers and an assisted b1-level taper, 〃0ptics Express22，27869-27879(2014).
[0105]另外，虚线BB’到虚线CC’之间的第一双刻蚀波导的第二刻蚀区101的高度H2的取值除了要保证上述模式转化的需要，还应该考虑到刻蚀工艺在这个区间内比较容易控制，而且此时器件加工的工艺容差较高。第二刻蚀区101在虚线BB’处的宽度Cl的最大值考虑了两次刻蚀工艺之间的对准误差(<50nm)。为了保证沿传播方向上的波导横截面的形状变得足够慢，即实现绝热模式转化，减小模式转化损耗，位于虚线BB’到虚线CC’之间的第一双刻蚀波导的长度L2要足够长，此处L2 = 20-100 μ mo
[0106]在图1中虚线CC’到虚线DD’之间的第二双刻蚀光波导中的所述第一刻蚀区102为宽度递增的锥形波导，所述第二刻蚀区101的宽度为线性递减。
[0107]本实施例中，在图1中虚线CC’处，所述第一刻蚀区102的宽度W2 = Wl+50nm?Wl+200nm，所述第二刻蚀区101的宽度C2 = 200nm?lOOOnm。在图1中虚线DD’处，所述第一刻蚀区102的宽度W3 = W2?W2+500nm，所述第二刻蚀区101的宽度C3为Onm?50nmo在虚线BB’到虚线CC’之间，所述第一刻蚀区102的宽度由W2线性增加到W3，所述第二刻蚀区101的宽度由C2线性减小到C3。并且，第二刻蚀区101的高度H2为50nm?150nmo
[0108]具体的，本实施例中，在已经确定第一刻蚀区高度Hl和第二刻蚀区高度H2的基础上，通过对第一刻蚀区102在虚线DD’处的宽度W3，第二刻蚀区101在虚线DD’处的宽度C3这两个参数的设置，可以使得波导在虚线DD’处的横截面(图5所示横截面)所支持传输的光的O阶模为TEO模式，I阶模为TEl模式，而在虚线CC’处的横截面(图4所示横截面)所支持传输的光的O阶模为TEO模式、I阶模为TEl模式、2阶模为TMO模式。
[0109]因为CC’的I阶模是TE1，DD’的I阶模也是TE1，所以虚线CC’到虚线DD’之间的第二双刻蚀光波导中不会出现模式混合区。
[0110]在虚线CC’到虚线DD’之间的第二双刻蚀光波导保持支持虚线CC’截面处所支持的TEl模式和TMO模式到虚线DD’处截面，同时使得双刻蚀区域中的第二刻蚀区的宽度由C2线性减为C3，而第一刻蚀区的宽度由W2线性增加为W3，即波导从双刻蚀波导渐变为虚线DD’处的非双刻蚀的波导。
[0111]另外，第二刻蚀区101的宽度C3的最大值考虑了两次刻蚀工艺之间的对准误差(<50nm)。而为了保证波导在第二刻蚀区101的宽度从C2减小到C3的过程依然能够支持3个模式和定向耦合波导中相位匹配条件的需要，第一刻蚀区102的宽度必须慢慢变大到W3o为了保证绝热模式转化，虚线CC’处到虚线DD’之间第二双刻蚀波导的长度L3需要比较长，此处L3 = 20um?10um0
[0112]对应图6所示，为图1中虚线DD’到虚线GG’之间的所述定向耦合波导的截面情况，主要为虚线EE’或虚线FF’处截面。再结合参考图1所示，所述定向耦合波导依次包括:从虚线DD’到虚线EE’之间的耦合过渡区、虚线EE’到虚线FF’之间的主要耦合区和虚线FF’和虚线GG’之间去耦合过渡区；其中，在所述耦合过渡区和所述主要耦合区，所述直通波导为直条状；在所述耦合过渡区，所述弯曲波导为逐渐靠近所述直通波导的圆弧状；在所述主要耦合区，所述弯曲波导为与所述直通波导平行的直条状；在所述去耦合过渡区，所述直通波导为宽度逐渐变窄的锥形状；所述弯曲波导为宽度渐增，且逐渐远离所述直通波导的弯曲状。具体的，所述定向耦合波导每一部分的情况如下:
[0113]A)图1中虚线DD’到虚线EE’之间的耦合过渡区。
[0114]所述定向耦合波导的直通波导104在靠近所述双刻蚀波导一端(即图1中虚线DD’处)与所述双刻蚀波导的第一刻蚀区102的尾端顺次相连，宽度和所述第一刻蚀区102的宽度一致，均为W3。所述弯曲波导103从所述双刻蚀波导102和所述直通波导104边界所在的平面(即图1中虚线DD’所在截面)起始，位于所述直通波导104的一侧，宽度为
M0
[0115]在图1中虚线EE’处，所述直通波导104的宽度依然为W3，所述弯曲波导103的宽度依然为W4，所述直通波导104和弯曲波导103之间的距离为G1，且小于在图1中虚线DD ’处距离。
[0116]这部分在直通波导104—侧引入一段半径为R，宽度为W4的圆弧状的弯曲波导作为直通波导的相邻波导。相邻波导为圆弧状的弯曲波导可以保证直通波导104和弯曲波导103之间的间距缓慢减小，从而避免突然引入一根直的相邻波导而引起的额外模式失配损耗。圆弧状的弯曲波导的半径R越大，弯曲波导和直通波导之间的间距变化就越慢，可需要直通波导的长度L4更长，增加器件面积。但是圆弧状的弯曲波导的半径R若太小，会带来弯曲损耗过大。在本实施例中，所述弯曲波导的弧度为R = 5ym?50μηι，L4 = 0ym?50 μ m, W4 = 200nm?500nm，通过调节这三个参数，保证在DD’面上的两根波导间距大于
Iμπι。其中W4的取值由ΕΕ’到FF’之间的定向耦合波导决定。
[0117]该区域作为双刻蚀波导和主要耦合区之间的过渡区，输入的模式主要在直通波导104中传输。但随着直通波导104和弯曲波导103的间距逐渐降低，两者之间的耦合会逐渐加强，直通波导104的部分功率会传到弯曲波导103中，为主要耦合区中的模式转换提供前提条件。
[0118]B)图1中虚线ΕΕ’到虚线FF’之间的主要耦合区。
[0119]在图1中虚线FF’处，所述直通波导104的宽度依然为W3，所述弯曲波导