CN101726800A - 基于光子晶体的低片内反射型光功率分路器 - Google Patents

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一种基于光子晶体的低片内反射型光功率分路器，包括：光子晶体型多模干涉型波导，在光子晶体型多模干涉型波导的两端分别设有输入端和输出端，光子晶体型多模干涉型波导包括相互连接的直波导和喇叭形波导结构，所述的输入端设在喇叭形波导结构上，所述的输出端设在直波导上，喇叭形波导结构的开口朝向输出端。由于采用光子晶体制作功分器可以使得器件的结构更为紧凑，有利于器件大规模集成，形成批量生产最终降低器件的成本；另外由于本发明在输入端引入了喇叭形波导结构和输出楔形波导结构使得器件本身在输入和输出端面的反射降低从而提高了输出的功率，并且降低了反射光对输入信号的干扰，与传统的光子晶体型功分器相比峰值反射功率降低了60％。

Description

基于光子晶体的低片内反射型光功率分路器
技术领域
本发明属于光子器件领域，涉及一类新型的集成光无源器件，具体地说是一种基于光子晶体的低片内反射型光功率分路器。
技术背景
光功率分路器件(以下简称功分器)是光纤通信网络干路连接终端用户不可或缺的器件单元，在光纤到户无源光网络中得到了广泛的应用；并随着光互连在高性能计算机中的应用，功分器也是关键器件之一。然而早期的光纤型分路器功分不均匀、体积大，在需要大端口数的场合难以应用。此后出现的平面光波光路型功分器采用光刻等工艺在石英等材料上制作功分器使得器件的体积大为缩小但成本较高。
提高集成度形成批量化生产是目前降低成本极具潜力的途径之一。而光子晶体基于带隙导光的机理使其在进一步提高光路的集成度方面具有较大的潜力。
以往多端口输出的功分器多是以1×2的分路单元通过级联的方式形成多端口输出的功分器，因而该类器件的尺寸较大一般在厘米量级。为进一步缩小功分器的器件尺寸，基于自镜像原理的多模干涉型波导(MMI)结构被广泛的应用于功分器的制作当中。MMI可以用1×n(n≥2)多分路单元取代1×2分路单元，再经过级联构成多端口输出的功分器。在输出端口数目一定的情况下，随着n的增加，级联的数目就会随之减少，整个器件的尺寸也会大为缩小。然而片内反射问题一直是影响MMI型功分器包括基于光子晶体的MMI型功分器性能的主要因素之一，如何降低片内(多模干涉区)反射成为了MMI型功分器走向实用化的瓶颈之一。
发明内容
本发明提供一种能够降低反射并保证输出功率的基于光子晶体的低片内反射型光功率分路器。
本发明采用如下技术方案：
一种基于光子晶体的低片内反射型光功率分路器，包括：光子晶体型多模干涉型波导，在光子晶体型多模干涉型波导的两端分别设有输入端和输出端，光子晶体型多模干涉型波导包括相互连接的直波导和喇叭形波导结构，所述的输入端设在喇叭形波导结构上，所述的输出端设在直波导上，喇叭形波导结构的开口朝向输出端。与现有技术相比，本发明具有如下优点：
由于采用光子晶体制作功分器，基于光子带隙导光机理可以使得器件的结构更为紧凑，有利于器件大规模集成从而形成批量生产最终降低器件的成本；另外由于本发明在输入端引入了喇叭形波导结构和输出楔形波导结构使得器件本身在输入和输出端面的反射降低从而提高了输出的功率，并且降低了反射光对输入信号的干扰，与传统的光子晶体型功分器相比峰值反射功率降低了60％。
附图说明
图1是光子晶体低片内反射型功分器分路示意图。
图2是传统光子晶体型功分器。
图3是光子晶体结构横截面图
图4是光子晶体带隙图。
图5是归一化反射功率随仿真时间的变化图。
图6是在不同时刻光脉冲在功分器中传输的模场图，其中(a)-(c)分别是低片内反射型功分器在光脉冲传播时刻为177fs，300fs，367fs处的模场图，(d)-(f)分别是传统型功分器在光脉冲传播时刻为177fs，300fs，367fs处的模场图。
具体实施方式
一种基于光子晶体的低片内反射型光功率分路器，包括：光子晶体型多模干涉型波导1，在光子晶体型多模干涉型波导1的两端分别设有输入端4和输出端3，光子晶体型多模干涉型波导1包括相互连接的直波导11和喇叭形波导结构12，所述的输入端4设在喇叭形波导结构12上，所述的输出端3设在直波导11上，喇叭形波导结构12的开口朝向输出端3。在本实施例中，输出端3为楔形，所述的光子晶体型多模干涉型波导1包括介质基座51，在介质基座51上设有光隔离层52，在光隔离层52上设有介质圆柱53并由介质圆柱形成波导结构。
光波从图1的输入端4入射，通过喇叭形波导结构12，再进入直波导11，在11中产生自镜像效应在输出端产生两个自镜像，然后通过输入端波导3输出。若在输出端产生片内反射，则反射波首先进入直波导11，再发生一次自镜像效应，进而会在输入端产生一个自镜像由输入端输出。功分器内剩余的反射则主要由入射光场中相位不相匹配的分量无法在输出端形成两个自镜像从而在功分器内部形成类似驻波的反射。通过分别在功分器的输入端4和输出端3引入了喇叭形结构和楔形结构可以有效的降低这两种反射。
为了对比倾斜波导结构对片内反射的影响，分别仿真了本发明提出的结构如图1和传统光子晶体型功分器结构如图2。图3给出了光子晶体横截面图，对应于图1和图2中的光子晶体结构，周期性圆柱结构可以由空气构成也可以由介质构成。图4给出了光子晶体带隙结构图。由该图可知光子晶体在不同的工作波长下具有较强的偏振相关性，然而对于由光子晶体构成的多模干涉型波导基于全内反射导光的机理能够很好的缓解偏振相关性问题。图5给出了图1和图2结构归一化反射功率随时间的变化曲线。由图可知反射主要可以分为两个区域：Range I和Range II。对于Range I而言反射主要由输出端的反射所导致，由该图可见输出端的倾斜波导结构能够有效的降低输入端的反射。对于Range II而言反射主要为相位失配所导致的驻波反射。由图5可知在输入端的倾斜波导结构能够有效的降低该种反射。在输入和输出端引入的倾斜波导结构的峰值反射功率相比传统光子晶体型功分器降低了超过60％。图6给出了在不同时刻图1和图2结构下光脉冲模场的分布图。由图可以直观的看出倾斜波导结构的引入极大降低了反射波的峰值功率。

Claims (3)

1.一种基于光子晶体的低片内反射型光功率分路器单元结构，其特征在于，包括：光子晶体型多模干涉型波导(1)，在光子晶体型多模干涉型波导(1)的两端分别设有输入端(4)和输出端(3)，光子晶体型多模干涉型波导(1)包括相互连接的直波导(11)和喇叭形波导结构(12)，所述的输入端(4)设在喇叭形波导结构(12)上，所述的输出端(3)设在直波导(11)上，喇叭形波导结构(12)的开口朝向输出端(3)。
2.根据权利要求1所述的基于光子晶体的低片内反射型光功率分路器，其特征在于，输出端(3)为楔形。
3.根据权利要求1所述的基于光子晶体的低片内反射型光功率分路器，其特征在于，光子晶体型多模干涉型波导(1)包括介质基座(51)，在介质基座(51)上设有光隔离层(52)，在光隔离层(52)上设有介质圆柱(53)并由介质圆柱形成波导结构。
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