CN105223647A - 一种偏振分束旋转器及其设计方法 - Google Patents

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CN105223647A
CN105223647A CN201510742396.1A CN201510742396A CN105223647A CN 105223647 A CN105223647 A CN 105223647A CN 201510742396 A CN201510742396 A CN 201510742396A CN 105223647 A CN105223647 A CN 105223647A
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waveguide
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transverse electric
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CN201510742396.1A
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陈鑫
盛振
仇超
甘甫烷
武爱民
王曦
邹世昌
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Nantong Photoelectric Engineering Center, Chinese Academy of Sciences
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Original Assignee
NANTONG OPTO-ELECTRONICS ENGINEERING CENTER CHINESE ACADEMY OF SCIENCES
Jiangsu Sunfy Optoelectronics Technology Co ltd
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/126—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind using polarisation effects

Abstract

本发明提供一种偏振分束旋转器及其设计方法，包括：串联的双层梯形模式转换器以及反向锥形耦合器；双层梯形模式转换器将横磁波零阶模式转化为横电波一阶模式，反向锥形耦合器将横电波一阶模式转化为横电波零阶模式。选定第一梯形波导和第二梯形波导的宽度，根据波导长度与模式转换效率的关系，确定第一梯形波导和第二梯形波导的长度；选定第三梯形波导和第四梯形波导的宽度，根据波导长度与模式转化损耗的关系，确定反向锥形耦合器的长度。本发明通过参数优化实现大工作带宽，高转换效率、高制作容差等特性，可以用于提高单纤三向复用器的实用性，此外，制作方法简单，与标准硅光子加工工艺过程兼容，具有较大的实用价值和应用前景。

Description

一种偏振分束旋转器及其设计方法
技术领域
本发明涉及光通讯技术领域，特别是涉及一种偏振分束旋转器及其设计方法。
背景技术
近年来，随着宽带接入网的迅速发展，宽带化成为接入网发展的最显著特征。视频点播、网络电视(IPTV)和网络游戏等高带宽业务逐渐被电信运营商和广电运营商视为新的业务增长点，用户对接入带宽的要求不断增张，因此，以现有的非对称数字用户环路(ADSL)为主的宽带接入方式已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以及安全性等方面的要求。面对这一困境，各国电信运营商把关注的目光投向了光纤到户(FTTH，FiberToTheHome)技术。光纤到户技术能够满足数据、语音、视频等综合业务对高宽带的需求，增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性支持，同时放宽了系统对环境条件和供电等要求，从而降低了安装和使用维护的成本，是一种理想的接入模式。
单纤三向复用器是光纤到户(FTTH)系统中最为关键的器件之一，如图1所示，单纤三向复用器将光系统中三个波段的光信号复用/解复用到一路信号中去，其中1310nm波段的光信号用于将用户信息上载到数据中心，1490nm波段的光信号用于将普通信息下载到用户终端，1550nm波段的光信号用于将视频信息下载到用户终端。
目前，各种类型的单纤三向复用器已经在SOI平台中被设计出来，但这些单纤三向复用器大多是具有偏振相关性的，只能工作在一种模式下(一般为横电波零阶模式TE0)。单纤三向复用器的复用端与单模光纤进行光耦合，而单模光纤中的光信号具有随机的偏振态，因此光耦合的过程中就有两个困难需要解决，分别是偏振敏感性和大带宽耦合。为了解决这两个困难，研究人员设计出双波段偏振分束二维光栅耦合器和双波段偏振分束旋转器，但这两个器件都只能工作在1310nm波段、1490nm波段以及1550nm波段中的两个波段，且均是波长和工艺偏差敏感的，这些因素导致它们不能真正的应用于实际的光纤到户系统中去，即使应用到光纤到户系统中，其产生的效果也无法满足实际使用要求。
因此，如何解决单纤三向复用器的偏振敏感性和大带宽耦合问题、提高单纤三向复用器的实用性，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种偏振分束旋转器及其设计方法，用于解决现有技术中光纤到户系统中单纤三向复用器的偏振敏感性和大带宽耦合的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种偏振分束旋转器，所述偏振分束旋转器至少包括：串联的双层梯形模式转换器以及反向锥形耦合器；其中，
所述双层梯形模式转换器包括串联的第一梯形波导及第二梯形波导，所述第一梯形波导将横磁波零阶模式转化为横电波一阶模式、将横电波零阶模式直接输出，所述第二梯形波导连接于所述第一梯形波导及所述反向锥形耦合器之间，防止横电波一阶模式转化回横磁波零阶模式；
所述反向锥形耦合器包括于串联于所述第二梯形波导的第三梯形波导以及平行设置于所述第三梯形波导同一平面的第四梯形波导，所述第三梯形波导将所述双层梯形模式转换器输出的横电波零阶模式直接输出，所述第三梯形波导及所述第四梯形波导将横电波一阶模式耦合转化为横电波零阶模式后由所述第四梯形波导输出。
优选地，所述第一梯形波导包括中间凸起的第一脊形区和两侧下凹的第一平板区，所述第一脊形区和所述第一平板区的输入端宽度相等，且所述第一脊形区和所述第一平板区的宽度沿入射光的传输方向逐渐增大；所述第二梯形波导包括中间凸起的第二脊形区和两侧下凹的第二平板区，所述第二脊形区的宽度沿入射光的传输方向逐渐增大，所述第二平板区的宽度沿入射光的传输方向逐渐减小，且所述第二脊形区和所述第二平板区的输出端宽度相等。
优选地，所述第三梯形波导与所述第四梯形波导为矩形波导；所述第三梯形波导的宽度沿入射光的传输方向逐渐减小；所述第四梯形波导的宽度沿入射光的传输方向逐渐增大，且所述第三梯形波导的宽度大于所述第四梯形波导的宽度。
优选地，所述第三梯形波导和所述第四梯形波导的输出端分别连接一输出波导，两段输出波导之间的距离沿入射光的传输方向逐渐增大，以避免串扰。
优选地，所述第四梯形波导的输入端还连接一圆弧波导，用于消除由于波导不连续引起的模式耦合损耗和辐射损耗。
更优选地，所述偏振分束旋转器制备于绝缘体上硅平台，且所述偏振分束旋转器上覆盖有包层。
更优选地，所述偏振分束旋转器适用于1310nm波段～1550nm波段。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种上述偏振分束旋转器的设计方法，所述偏振分束旋转器的设计方法至少包括：
选定所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的输入端和输出端的宽度，在宽度确定的情况下，根据波导长度与模式转换效率的关系，确定所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的长度；
选定所述第三梯形波导和所述第四梯形波导的输入端和输出端的宽度，在宽度确定的情况下，根据波导长度与模式耦合转化损耗的关系，确定所述反向锥形耦合器的长度。
优选地，选定所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的输入端和输出端的宽度的具体步骤包括：
分析并计算脊形波导在1310nm波长和1550nm波长下的波导宽度与有效折射率的关系图；
从波导宽度与有效折射率的关系图上找到横磁波零阶模式与横电波一阶模式的模式混合区域，并将覆盖所述模式混合区域的波导宽度设定为所述第一梯形波导的输入端和输出端的宽度；
从波导宽度与有效折射率的关系图上根据横磁波零阶模式与横电波一阶模式的有效折射率差，找到避免横电波一阶模式转化回横磁波零阶模式所对应的所述第二梯形波导的输出端的宽度范围，同时考虑所述第二梯形波导的输出端的宽度与波导长度的关系，确定所述第二梯形波导的输出端的宽度。
优选地，确定所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的长度的具体步骤包括：
在所述第一梯形波导及所述第二梯形波导的宽度确定的情况下，计算1310nm波长和1550nm波长下模式转换效率随所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的长度变化的曲线，选定1310nm波长和1550nm波长的模式转换效率均大于98％所对应的波导长度为所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的长度。
优选地，确定所述第三梯形波导和所述第四梯形波导的输入端和输出端宽度的具体步骤包括：
分析并计算所述第三梯形波导和所述第四梯形波导在1310nm波长和1550nm波长下的波导宽度与有效折射率的关系图；
设定所述第三梯形波导及所述第四梯形波导的宽度差，以确保横电波一阶模式转化为横电波零阶模式后不会再转化回横电波一阶模式，将所述第三梯形波导的宽度与有效折射率的关系曲线和所述第四梯形波导的宽度与有效折射率的关系曲线合并，使得所述第三梯形波导中横电波一阶模式和所述第四梯形波导中横电波零阶模式的有效折射率产生交叉点，满足相匹配条件，并将覆盖所述交叉点的波导宽度设定为所述第三梯形波导和所述第四梯形波导的输入端和输出端的宽度。
更优选地，所述相匹配条件为：
NeffTE0＝NeffTE1，
其中，NeffTE0为所述第四梯形波导中横电波零阶模式的有效折射率，NeffTE1为所述第三梯形波导中横电波一阶模式的有效折射率。
优选地，确定所述反向锥形耦合器的长度的具体步骤包括：
在所述第一梯形波导及所述第二梯形波导的宽度确定的情况下，计算1310nm波长和1550nm波长下横电波一阶模式到横电波零阶模式的模式转换损耗随所述反向锥形耦合器长度变化的曲线；在模式转换损耗小于0.1dB的条件下，设定所述反向锥形耦合器的长度。
如上所述，本发明的偏振分束旋转器及其设计方法，具有以下有益效果：
本发明的偏振分束旋转器及其设计方法通过串联的双层梯形模式转换器和反向锥形耦合器，将横磁波零阶模式转化为横电波一阶模式，再将横电波一阶模式耦合转化为横电波零阶模式，同时通过参数优化实现大工作带宽，高转换效率、高制作容差等特性；在连接到耦合器和单纤三向复用器之间后，可实现1310nm波段～1550nm波段的光信号传输，提高单纤三向复用器的实用性。
本发明的偏振分束旋转器及其设计方法简单，与标准硅光子加工工艺过程兼容，只需两步光刻和刻蚀就可实现，因此制作简单，具有较大的实用价值和应用前景。
附图说明
图1显示为现有技术中的光纤到户系统原理示意图。
图2显示为本发明的光波导结构示意图。
图3显示为本发明的偏振分束旋转器的俯视结构示意图。
图4显示为脊形波导的横截面示意图。
图5显示为矩形波导的横截面示意图。
图6显示为本发明的偏振分束旋转器的设计方法流程示意图。
图7显示为横磁波零阶模式TM0、横电波零阶模式TE0、横电波一阶模式TE1的有效折射率随脊形波导宽度变化的曲线。
图8显示为横电波零阶模式TE0在1310nm波长入射脊形波导时的模式传输场图。
图9显示为横磁波零阶模式TM0在1310nm波长入射脊形波导时的模式传输场图。
图10显示为模式转换效率随所述第一梯形波导的长度和所述第二梯形波导的长度变化的曲线。
图11显示为模式转换效率随波长变化的曲线。
图12显示为横磁波零阶模式TM0在1310nm波长入射双层梯形模式转换器时的模式传输场图。
图13显示为横磁波零阶模式TM0在1310nm波长入射双层梯形模式转换器时的模式传输场图。
图14显示为有效折射率和矩形波导宽度变化的曲线。
图15显示为模式转换效率随所述反向锥形耦合器的长度变化的曲线。
图16显示为模式转换损耗随波长变化的曲线。
图17显示为横电波一阶模式TE1在1310nm波长入射反向锥形耦合器时的模式传输场图。
图18显示为横电波一阶模式TE1在1550nm波长入射反向锥形耦合器时的模式传输场图。
图19显示为横电波零阶模式TE0在1310nm波长入射偏振分束旋转器的模式传输场图。
图20显示为横磁波零阶模式TM0在1310nm波长入射偏振分束旋转器的模式传输场图。
图21显示为横电波零阶模式TE0在1490nm波长入射偏振分束旋转器的模式传输场图。
图22显示为横磁波零阶模式TM0在1490nm波长入射偏振分束旋转器的模式传输场图。
图23显示为横电波零阶模式TE0在1550nm波长入射偏振分束旋转器的模式传输场图。
图24显示为横磁波零阶模式TM0在1550nm波长入射偏振分束旋转器的模式传输场图。
图25显示为偏振分束旋转器的插入损耗与串扰随波长变化的曲线。
图26显示为横磁波零阶模式TM0入射时所述偏振分束旋转器不同宽度变化ΔW对应的插入损耗和串扰随波导变化的曲线。
图27显示为横磁波零阶模式TM0入射时所述偏振分束旋转器不同宽高变化ΔH对应的插入损耗和串扰随波导变化的曲线。
元件标号说明
1衬底
2埋氧层
3波导层
4上包层
5偏振分束旋转器
51双层梯形模式转换器
511第一梯形波导
511a第一脊形区
511b第一平板区
512第二梯形波导
512a第二脊形区
512b第二平板区
52反向锥形耦合器
521第三梯形波导
522第四梯形波导
53圆弧波导
54S型弯曲波导
55直波导
W0整个偏振分束旋转器入射端宽度
W1第一脊形区的输出端和第二脊形区的输入端宽度
W2双层梯形模式转换器的输出端宽度
W3第三梯形波导的输入端宽度
W4第三梯形波导的输出端宽度
W5第四梯形波导的输入端宽度
W6第四梯形波导的输出端宽度
W7输出波导的输出端宽度
Ws第一平板区输出端的两侧超出第一脊形区的宽度
Wg第三梯形波导和第四梯形波导的间距
Ltp1第一梯形波导的长度
Ltp2第二梯形波导的长度
Ltp3反向锥形耦合器的长度
S1～S2步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2～图27。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图2所示，光波导结构包括衬底1，位于所述衬底1上的埋氧层2，位于所述埋氧层2上的波导层3，以及位于所述波导层3上的上包层4，所述衬底1，所述埋氧层2和波导层(顶层硅层)3构成绝缘体上硅(SOI，silicon-on-insulator)平台。在本实施例中，所述衬底1的材料为硅，所述埋氧层2的材料为二氧化硅，所述波导层3的材料为硅，所述上包层4的材料为二氧化硅。在本实施例中，所述埋氧层2的厚度为2μm，所述波导层3的厚度为220nm。
如图3所示，本发明提供一种偏振分束旋转器5，所述偏振分束旋转器5制备于所述波导层3中，所述偏振分束旋转器5至少包括：串联的双层梯形模式转换器51以及反向锥形耦合器52；其中，所述双层梯形模式转换器51包括串联的第一梯形波导511及第二梯形波导512，所述第一梯形波导511将横磁波零阶模式TM0转化为横电波一阶模式TE1、横电波零阶模式TE0直接输出，所述第二梯形波导512连接于所述第一梯形波导511及所述反向锥形耦合器52之间，避免横电波一阶模式TE1转化回横磁波零阶模式TM0；
所述反向锥形耦合器52包括于串联于所述第二梯形波导512的第三梯形波导521以及平行设置于所述第三梯形波导521同一平面的第四梯形波导522，所述第三梯形波导521将所述双层梯形模式转换器51输出的横电波零阶模式TE0直接输出，所述第三梯形波导521及所述第四梯形波导522将横电波一阶模式TE1耦合转化为横电波零阶模式TE0后由所述第四梯形波导522输出。
具体地，如图3～图4所示，所述第一梯形波导511连接于一输入波导，所述第一梯形波导511为脊形波导，其横截面为脊形，包括中间凸起的第一脊形区511a和两侧下凹的第一平板区511b，所述第一脊形区511a的输入端宽度与所述第一平板区511b的输入端宽度相同，其横截面为矩形，即为整个偏振分束旋转器5入射端宽度W0；所述第一脊形区511a和所述第一平板区511b的宽度沿入射光的传输方向逐渐增大，且所述第一脊形区的宽度小于所述第一平板区511b的宽度。在本实施例中，所述第一脊形区511a和所述第一平板区511b的输入端宽度W0不大于0.47μm；所述第一脊形区511a的输出端宽度W1不小于0.49μm；所述第一平板区511b的输出端比所述第一脊形区511a的输出端两侧均加宽Ws，加宽的部分Ws设定为0.4μm～0.8μm。在本实施例中，所述第一平板区511b的厚度设定为90nm，通过将厚220nm的所述波导层3浅刻蚀130nm以获得厚90nm的平板波导，以此与标准硅光子加工工艺过程兼容，只需两步光刻和刻蚀就可实现，因此制作简单，具有较大的实用价值和应用前景。所述第一梯形波导511采用横截面为脊形的梯形波导打破横截面的上下对称性，产生一个横磁波零阶模式TM0和横电波一阶模式TE1的模式混合区来实现横磁波零阶模式TM0和横电波一阶模式TE1的转换。
具体地，如图3～图4所示，所述第二梯形波导512为脊形波导，包括中间凸起的第二脊形区512a和两侧下凹的第二平板区512b。所述第二脊形区512a的输入端的宽度与所述第一脊形区511a的输出端的宽度相同，所述第二脊形区512a的宽度沿入射光的传输方向逐渐增大；所述第二平板区512b的输入端的宽度与所述第一平板区511b的输出端的宽度相同，所述第二平板区512b的宽度沿入射光的传输方向逐渐减小；且在所述双层梯形模式转换器51的输出端，所述第二脊形区512a的宽度与所述第二平板区512b的宽度相同，其横截面为矩形，即为所述双层梯形模式转换器51的输出端宽度W2。在本实施例中，所述双层梯形模式转换器51的输出端宽度W2设定为不小于0.55μm。在本实施例中，所述第二平板区512b的厚度设定为90nm，通过将厚220nm的所述波导层浅刻蚀130nm以获得厚90nm的平板波导，以此与标准硅光子加工工艺过程兼容。所述第二梯形波导512连接于所述第一梯形波导511和所述反向锥形耦合器52之间，作为过渡区，同时避免横电波一阶模式TE1转化回横磁波零阶模式TM0。
具体地，如图3及图5所示，所述第三梯形波导521的串联于所述第二梯形波导512的输出端，在本实施例中，所述第三梯形波导521的输入端的宽度W3设定为0.72μm，与所述双层梯形模式转换器51的输出端宽度W2不相等，因此，所述第三梯形波导521与所述双层梯形模式转换器51之间还连接有用于过渡的梯形波导，其横截面为矩形。若所述第三梯形波导521的输入端宽度W3与所述双层梯形模式转换器51的输出端宽度W2相等，则所述第三梯形波导521与所述双层梯形模式转换器51直接连接。所述第三梯形波导521为矩形波导，横截面为矩形，其厚度为220nm，其宽度沿入射光的传输方向逐渐减小。所述第三梯形波导521将所述双层梯形模式转换器51输出的横电波零阶模式TE0直接输出。在本实施例中，所述第三梯形波导521的输入端宽度W3不小于0.65μm、输出端宽度W4不大于0.55μm。
具体地，如图3及图5所示，所述第四梯形波导522平行设置于所述第三梯形波导521的同一平面，且与所述第三梯形波导521的长度相同，所述第四梯形波导522与所述第三梯形波导521之间的间距Wg不大于0.3μm，受限于工艺水平及器件长度综合考虑，在本实施例中，所述间距Wg设定为0.16μm。所述第四梯形波导522为矩形波导，横截面为矩形，其厚度为220nm，其宽度沿入射光的传输方向逐渐增大，且所述第四梯形波导522的宽度小于所述第三梯形波导521的宽度。在本实施例中，所述第四梯形波导522的输入端宽度W5不大于0.25μm、输出端宽度W6不小于0.35μm。所述第四梯形波导522的输入端还连一圆弧波导53，用于消除由于波导不连续引起的模式耦合损耗和辐射损耗。
所述第三梯形波导521和所述第四梯形波导522的输出端分别连接一输出波导，两段输出波导之间的距离沿入射光的传输方向逐渐增大，以避免串扰。在本实施例中，为了减小器件长度，所述第三梯形波导521和输出波导之间连接一S型弯曲波导54。所述S型弯曲波导54的宽度不变，与所述第三梯形波导521的输出端宽度相等；所述第四梯形波导522和另一输出波导之间连接一直波导55，所述直波导55的宽度不变，与所述第四梯形波导522的输出端宽度相等；以此实现去耦合。在本实施例中，两段输出波导的输出端宽度W7设定为0.45μm，以使所述偏振分束旋转器5与后续器件的输入端匹配。因此，所述S型弯曲波导54与输出波导之间通过一梯形波导过渡，所述直波导55与另一输出波导通过一梯形波导过渡。
所述偏振分束旋转器5适用于1310nm波段～1550nm波段，可用于解决单纤三向复用器和单模光纤的耦合问题，使SOI基光集成系统真正应用到光纤到户系统中。
如图6所示，本发明还提供一种上述偏振分束旋转器5的设计方法，至少包括以下步骤：
步骤S1：选定所述第一梯形波导511和所述第二梯形波导512的输入端和输出端的宽度，在宽度确定的情况下，根据波导长度与模式转换效率的关系，确定所述第一梯形波导511和所述第二梯形波导512长度。
步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：分析并计算脊形波导在1310nm波长和1550nm波长下的波导宽度与有效折射率的关系图。
具体地，采用数值计算方法分析计算脊形波导的宽度与有效折射率的关系图，由于在实际应用过程中，数值计算方法过于复杂，计算精度可能无法得到满足，计算结果的误差也较大。因此，可以使用专业的基于数值计算方法的光学仿真软件(例如ModeSolutions，COMSOL，Rsoft，PhotonDesign等)来做计算，以满足计算精度，减小仿真结果与实际误差。由于对1310nm～1550nm波段的光信号的特性是规律渐变的，在1310nm波长和1550nm波长同时能实现的性能，就可在1310nm～1550nm波段下的任意波长执行，因此，为了简化设计步骤，仅针对1310nm波长和1550nm波长进行研究分析，在实际操作时，可针对1310nm～1550nm波段之间的多个波长进行分析，不以本实施例为限。在本实施例中，采用FIMMWAVE在工作波长1310nm和1550nm分别仿真脊形波导横截面中前三阶模式(横磁波零阶模式TM0、横电波零阶模式TE0、横电波一阶模式TE1)的有效折射率随波导宽度变化的曲线，如图7所示，其中，各虚线从上到下依次为1310nm波长下的横电波零阶模式TE0、横磁波零阶模式TM0及横电波一阶模式TE1的有效折射率的变化曲线；各实线从上到下依次为1550nm波长下的横电波零阶模式TE0、横磁波零阶模式TM0及横电波一阶模式TE1的有效折射率的变化曲线。
步骤S12：从波导宽度与有效折射率的关系图上找到横磁波零阶模式TM0与横电波一阶模式TE1的模式混合区域，并将覆盖所述模式混合区域的波导宽度设定为所述第一梯形波导511的输入端和输出端的宽度。
具体地，由于脊形波导的存在打破了横截面上的对称性，横磁波零阶模式TM0和横电波一阶模式TE1的有效折射率交点被模式混合区代替，如图7所示，上方的椭圆框所示区域为1310nm波长的模式混合区，下方的椭圆框所示区域为1550nm波长的模式混合区。上述两个模式混合区对应的脊形波导宽度为0.47μm～0.49μm，说明当脊形波导的宽度在0.47μm～0.49μm时，横磁波零阶模式TM0和横电波一阶模式TE1产生模式转换，因此在设定所述第一脊形区511a的输入端和输出端的宽度时，需要将波导宽度设定在覆盖0.47μm～0.49μm，且比0.47μm～0.49μm大的范围，即所述第一脊形区511a的输入端的宽度W0不大于0.47μm、输出端的宽度W1不小于0.49μm，均可实现横磁波零阶模式TM0和横电波一阶模式TE1的转换。在本实施例中，由于与所述偏振分束旋转器5相连的器件的宽度为0.45μm，因此将所述第一脊形区511a的输入端的宽度W0优选为0.45μm；所述第一脊形区511a的输出端的宽度W1需要大于模式转换区对应的宽度，但是宽度越大，器件长度相应也会变大，在折衷考虑之下，将所述第一脊形区511a的输出端的宽度W1优选为0.55μm；相应的所述第一平板区511b的宽度设定为0.45μm～1.55μm。如图8所示为横电波零阶模式TE0在1310nm波长入射脊形波导时的模式传输场图，横电波零阶模式TE0没有模式混合区，因此当输入横电波零阶模式TE0时将不会发生任何的模式转换而绝热输出。如图9所示为横磁波零阶模式TM0在1310nm波长入射脊形波导时的模式传输场图，横磁波零阶模式TM0通过模式混合区后转化为横电波一阶模式TE1并输出。
步骤S13：从波导宽度与有效折射率的关系图上根据有效折射率差，找到避免横电波一阶模式TE1转化回横磁波零阶模式TM0的所述第二梯形波导512的输出端的宽度范围，同时考虑所述第二梯形波导512的输出端的宽度与波导长度的关系，确定所述第二梯形波导512的输出端的宽度W2。
具体地，通过所述第二梯形波导512将所述第一梯形波导511的脊形横截面转化为所述第三梯形波导521的矩形横截面，同时必须保持横电波一阶模式TE1不变，防止随着横电波一阶模式TE1和横磁波零阶模式TM0的有效折射率差的减小，再次进入模式混合区，部分横电波一阶模式TE1转换回横磁波零阶模式TM0，增加器件的串扰。所以，根据图7中的横电波一阶模式TE1和横磁波零阶模式TM0的有效折射率差与脊形波导宽度的关系图，找到能防止横电波一阶模式TE1转化回横磁波零阶模式TM0的足够大的有效折射率差所对应的脊形波导宽度的区间。如图7所示，在本实施例中，有效折射率差大于0.3，则认为横电波一阶模式TE1不会转化回横磁波零阶模式TM0，因此大于0.55μm的数值均可设定为所述第二梯形波导512的输出端的宽度W2；同时还要考虑到随着所述第二梯形波导512的输出端的宽度不断增加，相应地，所述第二梯形波导512的长度Ltp2也会增加，而我们的要求是器件长度尽可能的小；为了满足以上两个条件，在本实施例中，所述第二梯形波导512的输出端的宽度W2设定为0.75μm(图中未显示)，大于0.75μm的其他数据(如0.85μm、0.95μm)均可适用，对器件性能不产生影响，仅增加器件的长度，不利于集成。
步骤S14：在所述第一梯形波导511及所述第二梯形波导512的宽度确定的情况下，对所述双层梯形模式转换器51中的光传输进行仿真，计算1310nm波长和1550nm波长下模式转换效率随所述第一梯形波导511和所述第二梯形波导512的长度的变化曲线，选定1310nm波长及1550nm波长的模式转换效率均大于98％所对应的长度值为所述第一梯形波导511和所述第二梯形波导512的长度。
具体地，为了得到高效的模式转换效率，使用FIMMPROP软件对所述双层梯形模式转换器51中的光传输进行仿真。分别在1310nm和1550nm波长下仿真计算模式转换效率随不同的所述第一梯形波导511的长度Ltp1和所述第二梯形波导512的长度Ltp2的变化曲线，在本实施例中，所述第二梯形波导512的长度Ltp2取三个值，分别为15μm、20μm和25μm，如图10所示。在所述第二梯形波导512的长度Ltp2取值不同时，模式转换效率随着所述第一梯形波导511的长度Ltp1的增大逐渐向上振荡，最终接近于1，所述第二梯形波导512的长度Ltp2取值越大，对应曲线的振荡幅度越小。为了在1310nm和1550nm波长取得较高的模式转换效率，在本实施例中，所述第一梯形波导511的长度Ltp1设定为28.5μm，所述第二梯形波导512的长度Ltp2设定为25μm。
在所述双层梯形模式转换器51的各尺寸确定后，其中，所述第一脊形区511a和所述第一平板区511b的输入端宽度W0设定为0.45μm、所述第一脊形区511a的输出端宽度和所述第二脊形区512a的输入端宽度W1设定为0.55μm、所述第一平板区511b的输出端宽度和所述第二平板区512b的输入端宽度W1+2Ws设定为1.55μm、所述第二脊形区512a和所述第二平板区512b的输出端宽度W2设定为0.75μm、所述第一梯形波导511的长度设定Ltp1为28.5μm、所述第二梯形波导512的长度Ltp2设定为25μm，如图11所示，此时模式转换效率在工作波长1.27μm到1.59μm范围内均大于99％。如图12所示为横磁波零阶模式TM0在1310nm波长入射所述双层梯形模式转换器51时的模式传输场图，如图13所示为横磁波零阶模式TM0在1550nm波长入射所述双层梯形模式转换器51时的模式传输场图，可以看到在这两个波长下该器件均具有高效的模式转换效率。
步骤S2：选定所述第三梯形波导521和所述第四梯形波导522的输入端和输出端的宽度，在宽度确定的情况下，根据反向锥形耦合器52的波导宽度，根据波导长度与模式耦合转化损耗的关系，确定所述反向锥形耦合器52的长度。
步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：分析并计算所述第三梯形波导521和所述第四梯形波导522在1310nm波长和1550nm波长下的波导宽度与有效折射率的关系图。
具体地，在本实施例中，采用FIMMWAVE在工作波长1310nm和1550nm分别仿真所述第三梯形波导521和所述第四梯形波导522横截面中横电波一阶模式TE1和横电波零阶模式TE0的有效折射率随波导宽度变化的曲线。横截面为矩形的波导中有效折射率随波导宽度增大而增大，则通过波导宽度变化相反的两个梯形波导就可实现有效折射率的交叉，即满足相匹配条件。
步骤S22：设定所述第三梯形波导521及所述第四梯形波导522的宽度差，以确保横电波一阶模式TE1转化为横电波零阶模式TE0后不会转化回横电波一阶模式TE1，将所述第三梯形波导521的宽度与有效折射率的关系曲线和所述第四梯形波导522的宽度与有效折射率的关系曲线合并，使得所述第三梯形波导521中横电波一阶模式TE1和所述第四梯形波导522中横电波零阶模式TE0的有效折射率产生交叉点，满足相匹配条件，并将覆盖所述交叉点的波导宽度设定为所述第三梯形波导521和所述第四梯形波导522的输入端和输出端的宽度。
具体地，首先设定所述第三梯形波导521及所述第四梯形波导522的宽度差，在本实施例中，为了确保横电波一阶模式TE1转化为横电波零阶模式TE0后不会转化回横电波一阶模式TE1，所述第三梯形波导521及所述第四梯形波导522的宽度差均设定为0.22μm，其他可避免横电波一阶模式TE1转化为横电波零阶模式TM0后不会转化回横电波一阶模式TE1的宽度差均适用，不以本实施例为限。通过合理设计，所述反向锥形耦合器52中可以实现两个不同模式有效折射率曲线的交叉点，此时满足两个模式的相匹配条件。为了分开横电波零阶模式TE0与横电波一阶模式TE1，同时将横电波一阶模式TE1模转换为横电波零阶模式TE0模式，我们选择波导横截面参数满足横电波一阶模式TE1与横电波零阶模式TE0满足相匹配条件，即NeffTE0＝NeffTE1，其中NeffTE0是所述第四梯形波导522中横电波零阶模式TE0的有效折射率，NeffTE1是所述第三梯形波导521中横电波一阶模式TE1的有效折射率。将所述第三梯形波导521的宽度与有效折射率的关系曲线和所述第四梯形波导522的宽度与有效折射率的关系曲线合并，如图14所示，在1310nm波长(虚线)，所述第三梯形波导521中的横电波一阶模式TE1的有效折射率随波导宽度的减小而减小，所述第四梯形波导522中的横电波零阶模式TE0的有效折射率随波导宽度的增大而增大，存在一交叉点，如图14中上方的椭圆框所标示；在1550nm波长(实线)，所述第三梯形波导521中的横电波一阶模式TE1的有效折射率随波导宽度的减小而减小，所述第四梯形波导522中的横电波零阶模式TE0的有效折射率随波导宽度的增大而增大，存在一交叉点，如图14中下方的椭圆框所标示。通过波导宽度的选择最终得到图14，此时交叉点位于0.60μm～0.625μm的波导宽度范围内(交叉点应尽量位于波导宽度取值范围的中间)，将图中对应的波导宽度设定为所述第三梯形波导521及所述第四梯形波导522的输入端和输出端的宽度。在本实施例中，所述第三梯形波导521的输入端宽度W3设定为0.72μm、输出端宽度W4设定为0.5μm，所述第四梯形波导522的输入端宽度W5设定为0.18μm、输出端宽度W6设定为0.4μm。如图14所示，在波长为1310nm与1550nm时，所述第三梯形波导521的横电波一阶模式TE1与所述第四梯形波导522的横电波零阶模式TE0有效折射率曲线有一个交点，此时满足相匹配条件，意味着在耦合器长度足够长的情况下所述第三梯形波导521中的横电波一阶模式TE1可以绝热的耦合进所述第四梯形波导522，同时被转换为横电波零阶模式TE0。同时也可以看到所述第三梯形波导521中横电波零阶模式TE0有效折射率曲线没有任何交叉点，因此将保持不变的在所述反向锥形耦合器52中传输。
步骤S23：在所述第一梯形波导511及所述第二梯形波导512的宽度确定的情况下，对所述反向锥形耦合器52中的光传输进行仿真，在1310nm波长和1550nm波长下计算横电波一阶模式TE1到横电波零阶模式TE0的模式转换损耗随所述反向锥形耦合器52的长度Ltp3的变化曲线，其中，所述第三梯形波导521与所述第四梯形波导522的长度与反向锥形耦合器52的长度相等；在模式转换损耗小于0.1dB，且波导长度尽量小的条件下，设定所述反向锥形耦合器52的长度Ltp3。
具体地，为了获得一个低损耗的反向锥形耦合器52，使用商业仿真软件FIMMPROP仿真计算了所述反向锥形耦合器52中的光传输特性。分别在1310nm和1550nm波长下仿真计算横电波一阶模式TE1到横电波零阶模式TE0的模式转换损耗随所述反向锥形耦合器52的长度Ltp3的变化曲线。如图15所示，模式转换损耗随着所述反向锥形耦合器52的长度Ltp3的增加而减小，当所述反向锥形耦合器52的长度Ltp3>190μm时，1310nm和1550nm波长下的模式转换损耗均小于0.1dB，因此所述反向锥形耦合器52的长度Ltp3可设定为不小于190μm的数值，但是同样地，所述反向锥形耦合器52的长度Ltp3越长，器件尺寸越大。基于这两点综合考量，在本实施例中，所述反向锥形耦合器52的长度Ltp3优选为200μm。
在所述反向锥形耦合器52的各尺寸确定后，其中，所述第三梯形波导521的输入端宽度W3设定为0.72μm、输出端宽度W4设定为0.5μm；所述第四梯形波导522的输入端宽度W5设定为0.18μm、输出端的宽度W6设定为0.4μm；所述第三梯形波导521及所述第四梯形波导522的长度即为所述反向锥形耦合器52的长度Ltp3，设定为200μm；如图16所示，此时模式转换损耗在工作波长1.29μm到1.63μm范围内均小于0.1dB，能高性能工作。如图17所示为横电波一阶模式TE1在1310nm波长入射所述反向锥形耦合器52时的模式传输场图，如图18所示为横电波一阶模式TE1在1550nm波长入射所述反向锥形耦合器52时的模式传输场图，可以看到在这两个波长下该器件均具有高效的完成横电波一阶模式TE1到横电波零阶模式TE0的模式耦合和转换。
本实施例所列举的具体数值均为优选方案，不以本实施例所列数值为限。
至此，所述偏振分束旋转器5的各参数均已确定，以下是对所述偏振分束旋转器5做出的性能分析。如图19所示为横电波零阶模式TE0在1310nm波长入射所述偏振分束旋转器5的模式传输场图，如图20所示为横磁波零阶模式TM0在1310nm波长入射所述偏振分束旋转器5的模式传输场图，如图21所示为横电波零阶模式TE0在1490nm波长入射所述偏振分束旋转器5的模式传输场图，如图22所示为横磁波零阶模式TM0在1490nm波长入射所述偏振分束旋转器5的模式传输场图，如图23所示为横电波零阶模式TE0在1550nm波长入射所述偏振分束旋转器5的模式传输场图，如图24所示为横磁波零阶模式TM0在1550nm波长入射所述偏振分束旋转器5的模式传输场图。当横电波零阶模式TE0入射时，光场将一直保持不变从直通端口输出；当横磁波零阶模式TM0入射时，首先被所述双层梯形模式转换器51转换为横电波一阶模式TE1，再通过所述反向锥形模式耦合器耦合进入所述第四梯形波导522并转换为横电波零阶模式TE0从交叉端口输出；通过所述偏振分束旋转器5，光信号中的横电波零阶模式TE0和横磁波零阶模式TM0被有效的分开，且横磁波零阶模式TM0同时被旋转成为横电波零阶模式TE0。如图25所示为所述偏振分束旋转器5的插入损耗与串扰随波长变化的曲线，所述偏振分束旋转器5在1290nm～1610nm波长范围内具有一个高效的性能，横电波零阶模式TE0与横磁波零阶模式TM0入射时串扰均小于-15dB(图25中的串扰均约定俗成以正值表示)，插入损耗均小于0.2dB；所述偏振分束旋转器5的插入损耗和串扰在工作波长小于1310nm时会急剧恶化，这是由于所述反向锥形耦合器52的长度Ltp3不足所导致，可以通过增加器件长度来改善这个性能；所述偏振分束旋转器5的串扰在两个模式下均随着波长的增加而轻微增加，这是由于输出端S型弯曲波导54和直波导55耦合所导致，这可以通过进一步的优化器件结构来改善。所述偏振分束旋转器5的模式转换效率高、串扰小、损耗低、工作带宽大，工作波段包含1310nm，1490nm和1550nm三个波段，因此，具有应用于光纤入户系统中的波分复用无源光网络和100Gb/s长距离相干光通信系统中的潜力。
进一步对所述偏振分束旋转器5的特性做容差分析，由于TE0模式在器件中没有发生模式的转换与耦合，对器件工作波长与参数变化不敏感，因此只对横磁波零阶模式TM0入射时的容差进行分析。如图26所示为横磁波零阶模式TM0入射时所述偏振分束旋转器5不同宽度变化ΔW对应的插入损耗和串扰随波导变化曲线，如图27所示为横磁波零阶模式TM0入射时所述偏振分束旋转器5不同高度变化ΔH对应的插入损耗和串扰随波导变化的曲线，由图26及图27可知，在宽度变化±40nm和高度变化±10nm范围内，器件在整个工作波长范围内均保持稳定的性能。相比于其他同性能的偏振分束旋转器和双波段耦合光栅，该器件均有超大的工作带宽和制作容差，这可以大大提高它的制作成功率。
本发明的偏振分束旋转器及其设计方法通过串联的双层梯形模式转换器和反向锥形耦合器，将光信号中的横电波零阶模式TE0和横磁波零阶模式TM0有效的分开，且横磁波零阶模式TM0同时被旋转成为横电波零阶模式TE0。同时通过参数优化实现大工作带宽，高转换效率、高制作容差等特性；在连接到大带宽和偏振不敏感边缘耦合器和单纤三向复用器之间后，可实现1310nm～1550nm波段的光信号传输，提高单纤三向复用器的实用性。
本发明的偏振分束旋转器及其设计方法简单，与标准硅光子加工工艺过程兼容，只需两步光刻和刻蚀就可实现，因此制作简单，具有较大的实用价值和应用前景。
综上所述，本发明提供一种偏振分束旋转器，包括：串联的双层梯形模式转换器以及反向锥形耦合器；其中，所述双层梯形模式转换器包括串联的第一梯形波导及第二梯形波导，所述第一梯形波导将横磁波零阶模式转化为横电波一阶模式、将横电波零阶模式直接输出，所述第二梯形波导连接于所述第一梯形波导及所述反向锥形耦合器之间，避免横电波一阶模式转化回横磁波零阶模式；所述反向锥形耦合器包括于串联于所述第二梯形波导的第三梯形波导以及平行设置于所述第三梯形波导同一平面的第四梯形波导，所述第三梯形波导将所述双层梯形模式转换器输出的横电波零阶模式直接输出，所述第三梯形波导及所述第四梯形波导将横电波一阶模式耦合转化为横电波零阶模式后输出。还提供一种偏振分束旋转器的设计方法，包括：选定所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的输入端和输出端的宽度，在宽度确定的情况下，根据波导长度与模式转换效率的关系，确定所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的长度；选定所述第三梯形波导和所述第四梯形波导的输入端和输出端的宽度，在宽度确定的情况下，根据波导长度与模式转化损耗的关系，确定所述反向锥形耦合器的长度。本发明通过串联的双层梯形模式转换器和反向锥形耦合器，将横磁波零阶模式转化为横电波一阶模式，再将横电波一阶模式耦合转化为横电波零阶模式，同时通过参数优化实现大工作带宽，高转换效率、高制作容差等特性；在连接到耦合器和单纤三向复用器之间后，可实现1310nm～1550nm波段的光信号传输，提高单纤三向复用器的实用性。本发明的设计方法简单，与标准硅光子加工工艺过程兼容，只需两步光刻和刻蚀就可实现，因此制作简单，具有较大的实用价值和应用前景。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种偏振分束旋转器，其特征在于，所述偏振分束旋转器至少包括：串联的双层梯形模式转换器以及反向锥形耦合器；其中，
所述双层梯形模式转换器包括串联的第一梯形波导及第二梯形波导，所述第一梯形波导将横磁波零阶模式转化为横电波一阶模式、将横电波零阶模式直接输出，所述第二梯形波导连接于所述第一梯形波导及所述反向锥形耦合器之间，防止横电波一阶模式转化回横磁波零阶模式；
所述反向锥形耦合器包括于串联于所述第二梯形波导的第三梯形波导以及平行设置于所述第三梯形波导同一平面的第四梯形波导，所述第三梯形波导将所述双层梯形模式转换器输出的横电波零阶模式直接输出，所述第三梯形波导及所述第四梯形波导将横电波一阶模式耦合转化为横电波零阶模式后由所述第四梯形波导输出。
2.根据权利要求1所述的偏振分束旋转器，其特征在于：所述第一梯形波导及所述第二梯形波导为脊形波导；所述第一梯形波导包括中间凸起的第一脊形区和两侧下凹的第一平板区，所述第一脊形区和所述第一平板区的输入端宽度相等，且所述第一脊形区和所述第一平板区的宽度沿入射光的传输方向逐渐增大；所述第二梯形波导包括中间凸起的第二脊形区和两侧下凹的第二平板区，所述第二脊形区的宽度沿入射光的传输方向逐渐增大，所述第二平板区的宽度沿入射光的传输方向逐渐减小，且所述第二脊形区和所述第二平板区的输出端宽度相等。
3.根据权利要求1所述的偏振分束旋转器，其特征在于：所述第三梯形波导与所述第四梯形波导为矩形波导；所述第三梯形波导的宽度沿入射光的传输方向逐渐减小；所述第四梯形波导的宽度沿入射光的传输方向逐渐增大，且所述第三梯形波导的宽度大于所述第四梯形波导的宽度。
4.根据权利要求1所述的偏振分束旋转器，其特征在于：所述第三梯形波导和所述第四梯形波导的输出端分别连接一输出波导，两段输出波导之间的距离沿入射光的传输方向逐渐增大，以避免串扰。
5.根据权利要求1所述的偏振分束旋转器，其特征在于：所述第四梯形波导的输入端还连接一圆弧波导，用于消除由于波导不连续引起的模式耦合损耗和辐射损耗。
6.根据权利要求1～5所述的偏振分束旋转器，其特征在于：所述偏振分束旋转器制备于绝缘体上硅平台，且所述偏振分束旋转器上覆盖有包层。
7.根据权利要求1～5所述的偏振分束旋转器，其特征在于：所述偏振分束旋转器适用于1310nm波段～1550nm波段。
8.一种如权利要求1～5任意一项所述的偏振分束旋转器的设计方法，其特征在于，所述偏振分束旋转器的设计方法至少包括：
选定所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的输入端和输出端的宽度，在宽度确定的情况下，根据波导长度与模式转换效率的关系，确定所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的长度；
选定所述第三梯形波导和所述第四梯形波导的输入端和输出端的宽度，在宽度确定的情况下，根据波导长度与模式耦合转化损耗的关系，确定所述反向锥形耦合器的长度。
9.根据权利要求8所述的偏振分束旋转器的设计方法，其特征在于：选定所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的输入端和输出端的宽度的具体步骤包括：
分析并计算脊形波导在1310nm波长和1550nm波长下的波导宽度与有效折射率的关系图；
从波导宽度与有效折射率的关系图上找到横磁波零阶模式与横电波一阶模式的模式混合区域，并将覆盖所述模式混合区域的波导宽度设定为所述第一梯形波导的输入端和输出端的宽度；
从波导宽度与有效折射率的关系图上根据横磁波零阶模式与横电波一阶模式的有效折射率差，找到避免横电波一阶模式转化回横磁波零阶模式所对应的所述第二梯形波导的输出端的宽度范围，同时考虑所述第二梯形波导的输出端的宽度与波导长度的关系，确定所述第二梯形波导的输出端的宽度。
10.根据权利要求8所述的偏振分束旋转器的设计方法，其特征在于：确定所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的长度的具体步骤包括：
在所述第一梯形波导及所述第二梯形波导的宽度确定的情况下，计算1310nm波长和1550nm波长下模式转换效率随所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的长度变化的曲线，选定1310nm波长和1550nm波长的模式转换效率均大于98％所对应的波导长度为所述第一梯形波导和所述第二梯形波导的长度。
11.根据权利要求8所述的偏振分束旋转器的设计方法，其特征在于：确定所述第三梯形波导和所述第四梯形波导的输入端和输出端宽度的具体步骤包括：
分析并计算所述第三梯形波导和所述第四梯形波导在1310nm波长和1550nm波长下的波导宽度与有效折射率的关系图；
设定所述第三梯形波导及所述第四梯形波导的宽度差，以确保横电波一阶模式转化为横电波零阶模式后不会再转化回横电波一阶模式，将所述第三梯形波导的宽度与有效折射率的关系曲线和所述第四梯形波导的宽度与有效折射率的关系曲线合并，使得所述第三梯形波导中横电波一阶模式和所述第四梯形波导中横电波零阶模式的有效折射率产生交叉点，满足相匹配条件，并将覆盖所述交叉点的波导宽度设定为所述第三梯形波导和所述第四梯形波导的输入端和输出端的宽度。
12.根据权利要求11所述的偏振分束旋转器的设计方法，其特征在于：所述相匹配条件为：
NeffTE0＝NeffTE1，
其中，NeffTE0为所述第四梯形波导中横电波零阶模式的有效折射率，NeffTE1为所述第三梯形波导中横电波一阶模式的有效折射率。
13.根据权利要求8所述的偏振分束旋转器的设计方法，其特征在于：确定所述反向锥形耦合器的长度的具体步骤包括：
在所述第一梯形波导及所述第二梯形波导的宽度确定的情况下，计算1310nm波长和1550nm波长下横电波一阶模式到横电波零阶模式的模式转换损耗随所述反向锥形耦合器长度变化的曲线；在模式转换损耗小于0.1dB的条件下，设定所述反向锥形耦合器的长度。
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