CN107390317B - 一种适用于集成光波导的色散控制方法和集成光波导 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开了一种适用于集成光波导的色散控制方法和集成光波导，该方法根据工作波段控制第一波导和第二波导各自的宽度值，使得第一波导的基模和第二波导的二阶模在工作波段的有效折射率相等，另外通过第一波导和第二波导之间的间隔距离的控制使得耦合的色散值达到目标色散值。该方法利用模式耦合原理通过对波导芯之间的宽度间隔的调整即可实现色散值的控制。相比于传统的需要通过波导横截面的形状以及尺寸来进行光波导色散控制的方法，本实施例提供的集成光波导由于仅仅只需要调整光波导在宽度维度上的参数，对加工工艺没有特殊要求、兼容度高，可用在大部分的应用场合中，包括“无晶圆(fabless)设计”的技术路线上。
Description
技术领域
本发明涉及集成光子技术领域，尤其是涉及一种适用于集成光波导的色散控制方法和集成光波导。
背景技术
集成光波导的色散控制对于许多片上非线性应用如单片集成的光频梳产生、超连续谱产生以及量子信息处理等等具有重要的意义，色散的控制从根本决定了这些系统的性能。
对于集成光波导而言，典型的色散控制方法是调控波导横截面的形状以及整体尺寸，然而，这种传统方法并不能解决所有的光波导色散控制问题，在很多场合都无法应用。例如，由于晶格不匹配等原因很多薄膜的生长厚度都是有限的，因此并不能无限度地控制波导横截面的形状以及尺寸，这就导致上述方法失效。一个典型例子是，氮化硅条形波导只有在厚度超过700nm时才可能出现反常色散，但是利用低压化学气相沉积(LPCVD)的方法所制备的薄膜很难超过300nm，因而基于波导横截面形状及尺寸调控的方法在这种情况下是无法实现反常色散的。此外，随着近年来集成光波导技术尤其是硅基光子集成技术的快速发展，越来越多的研究机构、企业走向“多项目晶圆(MPW)”的技术路线。对于这类应用，由于代工厂对于工艺标准化的要求以及MPW本身的限制，光波导的厚度是一个确定的参数，而仅有宽度参数可以被设计。因此对于MPW的用户，也很难通过修改波导横截面的形状和尺寸来实现色散的控制，尤其是特殊色散的实现，如反常色散。其他的色散控制方法还包括掺杂、专门的波导结构定制如纵向狭缝波导结构等等，但这类方法都具有工艺复杂度较高、损耗较高以及对工艺容差小等特点。
在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有的通过控制波导横截面的形状以及尺寸来进行光波导色散控制的方法，受限于生产工艺而无法实现色散值的大范围控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何解决现有的通过控制波导横截面的形状以及尺寸来进行光波导色散控制的方法，受限于生产工艺而无法实现色散值的大范围控制的问题。
针对以上技术问题，本发明的实施例提供了一种适用于集成光波导的色散控制方法，包括：
获取工作波段和目标色散值；
根据所述工作波段确定所述集成光波导中的宽度较小的第一波导的宽度值和宽度较大的第二波导的宽度值，使得所述第一波导的基模和所述第二波导的二阶模在所述工作波段的有效折射率相等；
控制所述第一波导和所述第二波导之间的间隔距离，使得所述工作波段的电磁波的色散值达到所述目标色散值。
可选地，还包括：
若所述目标色散值为零色散或者反常色散，则将所述工作波段的电磁波从预设的波导模式变换器的第一输入端口输入，使得经所述波导模式变换器后变为反对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输出后，进入所述第一波导和所述第二波导中，以达到所述目标色散值；
若所述目标色散值为正常色散，则将所述工作波段的电磁波从所述波导模式变换器的第二输入端口输入，使得经所述波导模式变换器后变为对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输出后，进入所述第一波导和所述第二波导中，以达到所述目标色散值；
其中，所述第一输入端口的宽度值小于所述第二输入端口的宽度值；所述波导模式变换器的输出端口包括与所述第一输入端口对应的第一输出端口和与所述第二输入端口对应的第二输出端口。
可选地，还包括：
若将反对称复合模式的电磁波转换为基模状态的电磁波，则将反对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输入，从所述第一输入端口输出基模状态的电磁波；
若将对称复合模式的电磁波转换为二阶模状态的电磁波，则将对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输入，从所述第二输入端口输出二阶模状态的电磁波。
可选地，还包括：
所述波导模式变换器的所述第一输入端口和所述第一输出端口之间包括级联的第一锥形波导和第一宽度渐变波导，所述波导模式变换器的所述第二输入端口和所述第二输出端口之间包括级联的第二锥形波导和第二宽度渐变波导；
其中，所述第一锥形波导的一端与所述第一输入端口连接，且在所述第一锥形波导和所述第一输入端口的连接处二者宽度值相等；
所述第一锥形波导的另一端连接所述第一宽度渐变波导的一端，在所述第一锥形波导和第一宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第一锥形波导与所述第一宽度渐变波导连接的一端的宽度值小于所述第一波导的宽度值；
所述第一宽度渐变波导的另一端与所述第一输出端口连接，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处二者宽度值相等；
所述第二锥形波导的一端与所述第二输入端口连接，且在所述第二锥形波导和所述第二输入端口的连接处二者宽度值相等；
所述第二锥形波导的另一端连接所述第二宽度渐变波导的一端，在所述第二锥形波导和第二宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第二锥形波导与所述第二宽度渐变波导连接的一端的宽度值大于所述第二波导的宽度值；
所述第二宽度渐变波导的另一端与所述第二输出端口连接，且在所述第二宽度渐变波导和所述第二输出端口的连接处二者宽度值相等。
可选地，所述第一宽度渐变波导在与所述第一锥形波导连接处至与所述第一输出端口连接处之间的宽度值按照第一预设函数变化；
所述第一预设函数至少包括线性函数、分段函数、二次函数、指数函数、分段式二次函数中的一种；
所述第二宽度渐变波导在与所述第二锥形波导连接处至与所述第二输出端口连接处之间的宽度值按照第二预设函数变化；
所述第二预设函数至少包括线性函数、分段函数、二次函数、指数函数、分段式二次函数中的一种。
另一方面，本发明的实施例还提供了一种集成光波导，包括：
下包层、设置在所述下包层上表面的所述第一波导和所述第二波导、覆盖于所述第一波导和所述第二波导和所述下包层上表面的上包层；
所述集成光波导中的宽度较小的第一波导的宽度和宽度较大的第二波导的宽度根据所述工作波段确定，以使得所述第一波导的基模和所述第二波导的二阶模在所述工作波段的有效折射率相等；
所述第一波导和所述第二波导之间的间隔距离根据所述目标色散值确定，以使得所述工作波段的电磁波的色散值达到所述目标色散值。
可选地，还包括波导模式变换器；
其中，所述波导模式变换器包括第一输入端口、第一输出端口、第二输入端口和第二输出端口，所述第一输出端口连接所述第一波导，所述第二输出端口连接所述第二波导；
所述波导模式变换器的所述第一输入端口和所述第一输出端口之间包括级联的第一锥形波导和第一宽度渐变波导，所述波导模式变换器的所述第二输入端口和所述第二输出端口之间包括级联的第二锥形波导和第二宽度渐变波导；
其中，所述第一锥形波导的一端与所述第一输入端口连接，且在所述第一锥形波导和所述第一输入端口的连接处二者宽度值相等；
所述第一锥形波导的另一端连接所述第一宽度渐变波导的一端，在所述第一锥形波导和第一宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第一锥形波导与所述第一宽度渐变波导连接的一端的宽度值小于所述第一波导的宽度值；
所述第一宽度渐变波导的另一端与所述第一输出端口连接，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处二者宽度值相等，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处的宽度值等于所述第一波导的宽度值；
所述第二锥形波导的一端与所述第二输入端口连接，且在所述第二锥形波导和所述第二输入端口的连接处二者宽度值相等；
所述第二锥形波导的另一端连接所述第二宽度渐变波导的一端，在所述第二锥形波导和第二宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第二锥形波导与所述第二宽度渐变波导连接的一端的宽度值大于所述第二波导的宽度值；
所述第二宽度渐变波导的另一端与所述第二输出端口连接，且在所述第二宽度渐变波导和所述第二输出端口的连接处二者宽度值相等，且在所述第二宽度渐变波导和所述第二输出端口的连接处的宽度值等于所述第二波导的宽度值。
本发明的实施例提供了一种适用于集成光波导的色散控制方法和集成光波导，该方法根据工作波段控制第一波导和第二波导各自的宽度值，使得第一波导的基模和第二波导的二阶模在工作波段的有效折射率相等，另外通过第一波导和第二波导之间的间隔距离的控制使得耦合的色散值达到目标色散值。该方法利用模式耦合原理通过对波导芯之间的宽度间隔的调整即可实现色散值的控制。相比于传统的需要通过波导横截面的形状以及尺寸来进行光波导色散控制的方法，本实施例提供的集成光波导由于仅仅只需要调整光波导在宽度维度上的参数，对加工工艺没有特殊要求、兼容度高，可用在大部分的应用场合中，包括“无晶圆(fabless)设计”的技术路线上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的色散控制方法的流程示意图；
图2是本发明一个实施例提供的集成光波导的结构示意图；
图3是本发明另一个实施例提供的集成光波导的结构示意图；
图4是本发明另一个实施例提供的由宽度值不同的波导芯级联成的波导芯组成的集成光波导的结构示意图；
图5是本发明另一个实施例提供的TriPleX技术的集成光波导的结构示意图；
图6是本发明另一个实施例提供的TriPleX技术的集成光波导的色散曲线；
图7是本发明另一个实施例提供的集成光波导的结构示意图；
图8是本发明一个实施例提供的集成光波导标准耦合前后各模式的色散曲线；
图9是本发明一个实施例提供的两个复合模式在不同波导间隔距离下的色散曲线；
图10是本发明一个实施例提供的集成光波导的模式变换的变换效率与工作波长的关系图；
图11是本发明一个实施例提供的集成光波导的输出端两个复合模式的抑制比。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本实施例提供的色散控制方法的示意图，参见图1，该方法包括：
101：获取工作波段和目标色散值；
102：根据所述工作波段确定所述集成光波导中的宽度较小的第一波导的宽度值和宽度较大的第二波导的宽度值，使得所述第一波导的基模和所述第二波导的二阶模在所述工作波段的有效折射率相等；
103：控制所述第一波导和所述第二波导之间的间隔距离，使得所述工作波段的电磁波的色散值达到所述目标色散值。
需要说明的是，由于波导芯中的电磁波传输的过程中，宽度值较小的第一波导的基模会和宽度值较大的第二波导的二阶模式发生模式耦合，而第一波导和第二波导之间的宽度间隔也会影响模式耦合的耦合强度，因此本实施例提供的色散控制方法可以通过对波导芯的宽度值，以及波导芯之间的宽度间隔对色散进行控制。
例如，图2为集成光波导的横截面示意图，宽度方向为图2坐标中的OX轴所在的方向，OY轴所在的方向为该集成光波导的高度，与OX轴和OY轴同时垂直的方向为该集成光波导的延伸方向。如图2所示，位于上包层和下包层之间有两个波导芯，分别是第一波导和第二波导。其中，第一波导的宽度值为201，第二波导的宽度值为202，第一波导和第二波导之间的间隔距离为203。
可理解的是，第一波导和第二波导的形状，可以设置为如图2中所示的形状，还可以设置为如图3中所示的形状。如图3所示，第一波导的宽度值为301，第二波导的宽度值为302，第一波导和第二波导之间的间隔距离为303。
本发明的实施例提供了一种适用于集成光波导的色散控制方法，该方法根据工作波段控制第一波导和第二波导各自的宽度值，使得第一波导的基模和第二波导的二阶模在工作波段的有效折射率相等，另外通过第一波导和第二波导之间的间隔距离的控制使得耦合的色散值达到目标色散值。该方法利用模式耦合原理通过对波导芯之间的宽度间隔的调整即可实现色散值的控制。相比于传统的需要通过波导横截面的形状以及尺寸来进行光波导色散控制的方法，本实施例提供的集成光波导由于仅仅只需要调整光波导在宽度维度上的参数，对加工工艺没有特殊要求、兼容度高，可用在大部分的应用场合中，包括“无晶圆(fabless)设计”的技术路线上。
进一步地，在上述实施例的基础上，还包括：
若所述目标色散值为零色散或者反常色散，则将所述工作波段的电磁波从预设的波导模式变换器的第一输入端口输入，使得经所述波导模式变换器后变为反对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输出后，进入所述第一波导和所述第二波导中，以达到所述目标色散值；
若所述目标色散值为正常色散，则将所述工作波段的电磁波从所述波导模式变换器的第二输入端口输入，使得经所述波导模式变换器后变为对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输出后，进入所述第一波导和所述第二波导中，以达到所述目标色散值；
其中，所述第一输入端口的宽度值小于所述第二输入端口的宽度值；所述波导模式变换器的输出端口包括与所述第一输入端口对应的第一输出端口和与所述第二输入端口对应的第二输出端口。
需要说明的是，波导模式变换器是用于将输入的电磁波转换为对称复合模式或者反对称复合模式的器件。根据对输出电磁波的模式的要求，可以将电磁波从不同的输入端口输入。当需要输出对称复合模式或者反对称复合模式，则将需要转换的电磁波从相应的输入端口输入，当需要将对称复合模式或者反对称复合模式的电磁波转换为普通的电磁波，则将对称复合模式或者反对称复合模式的电磁波从相应的输出端口输入，并从相应的输入端口输出普通的电磁波。
进一步地，在上述实施例的基础上，若将反对称复合模式的电磁波转换为基模状态的电磁波，则将反对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输入，从所述第一输入端口输出基模状态的电磁波；
若将对称复合模式的电磁波转换为二阶模状态的电磁波，则将对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输入，从所述第二输入端口输出二阶模状态的电磁波。
需要说明的是，实际应用中，将波导模式变换器和集成光波导安装完成后，不需要严格对第一输出端口和第二输出端口进行区别。波导模式变换器用于将从第一输入端口输入的基模的电磁波转换为反对称复合模式的电磁波，将从第二输入端口输入的二阶模的电磁波转换为对称复合模式的电磁波，反对称复合模式或者对称复合模式从输出端口输出时，必然不会仅仅从第一输出端口和第二输出端口中的某一个端口输出，相应的，将反对称复合模式或者对称复合模式从输出端口输入时，也不会仅仅从第一输出端口和第二输出端口中的某一个端口输入，因此，此处的第一输出端口和第二输出端口仅仅用于说明波导模式变换器的内部结构。
本实施例提供了一种结合波导模式变换器将电磁波转换为相应的模式，然后传入至第一波导和第二波导中，以实现相应的目标色散值的输出。
进一步地，在上述各个实施例的基础上，图4是本实施例提供的波导模式变换器的结构示意图，参见图4，还包括：
所述波导模式变换器的所述第一输入端口和所述第一输出端口之间包括级联的第一锥形波导(图4中W11至W12之间的波导)和第一宽度渐变波导(图4中W12至W15之间的波导)，所述波导模式变换器的所述第二输入端口和所述第二输出端口之间包括级联的第二锥形波导(图4中W21至W22之间的波导)和第二宽度渐变波导(图4中W22至W25之间的波导)；
其中，所述第一锥形波导的一端与所述第一输入端口连接，且在所述第一锥形波导和所述第一输入端口的连接处二者宽度值相等；
所述第一锥形波导的另一端连接所述第一宽度渐变波导的一端，在所述第一锥形波导和第一宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第一锥形波导与所述第一宽度渐变波导连接的一端的宽度值小于所述第一波导的宽度值；
所述第一宽度渐变波导的另一端与所述第一输出端口连接，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处二者宽度值相等；
所述第二锥形波导的一端与所述第二输入端口连接，且在所述第二锥形波导和所述第二输入端口的连接处二者宽度值相等；
所述第二锥形波导的另一端连接所述第二宽度渐变波导的一端，在所述第二锥形波导和第二宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第二锥形波导与所述第二宽度渐变波导连接的一端的宽度值大于所述第二波导的宽度值；
所述第二宽度渐变波导的另一端与所述第二输出端口连接，且在所述第二宽度渐变波导和所述第二输出端口的连接处二者宽度值相等。
进一步地，在上述各个实施例的基础上，所述第一宽度渐变波导在与所述第一锥形波导连接处至与所述第一输出端口连接处之间的宽度值按照第一预设函数变化；
所述第一预设函数至少包括线性函数、分段函数、二次函数、指数函数、分段式二次函数中的一种；
所述第二宽度渐变波导在与所述第二锥形波导连接处至与所述第二输出端口连接处之间的宽度值按照第二预设函数变化；
所述第二预设函数至少包括线性函数、分段函数、二次函数、指数函数、分段式二次函数中的一种。
需要说明的而是，第一预设函数和第二预设函数的变化均可以是线性函数、分段函数、二次函数、指数函数、分段式二次函数中的一种，也可以是线性函数、分段函数、二次函数、指数函数、分段式二次函数中的两种或者多种的组合，具体的本实施例不做限制。其中，图4中的第一预设函数和第一预设函数均为分段函数。而在每一分段函数中，波导的宽度随其延伸方向呈线性变化。
需要说明的是，第一锥形波导和第二锥形波导之间的间隔距离应设计为足够大，使得第一锥形波导和第二锥形波导所支持模式之间的耦合可以忽略。
对于该模式变换器的总体长度值、各分段长度值(若有分段)以及第一锥形波导的末端宽度和第二锥形波导的末端宽度，均需要针对具体的波导平台进行优化设计，从而尽可能提高模式转换效率以及模式抑制比。
本实施例中提供了波导模式变换器的结构，各个结构段的宽度变化等。通过这些设置可以快速便捷的对波导模式变换器进行设计。
另一方面，本实施例还提供了一种集成光波导，包括：
下包层、设置在所述下包层上表面的所述第一波导和所述第二波导、覆盖于所述第一波导和所述第二波导和所述下包层上表面的上包层；
所述集成光波导中的宽度较小的第一波导的宽度和宽度较大的第二波导的宽度根据所述工作波段确定，以使得所述第一波导的基模和所述第二波导的二阶模在所述工作波段的有效折射率相等；
所述第一波导和所述第二波导之间的间隔距离根据所述目标色散值确定，以使得所述工作波段的电磁波的色散值达到所述目标色散值。
更进一步地，在上述实施例的基础上，还包括波导模式变换器；
其中，所述波导模式变换器包括第一输入端口、第一输出端口、第二输入端口和第二输出端口，所述第一输出端口连接所述第一波导，所述第二输出端口连接所述第二波导；
所述波导模式变换器的所述第一输入端口和所述第一输出端口之间包括级联的第一锥形波导和第一宽度渐变波导，所述波导模式变换器的所述第二输入端口和所述第二输出端口之间包括级联的第二锥形波导和第二宽度渐变波导；
其中，所述第一锥形波导的一端与所述第一输入端口连接，且在所述第一锥形波导和所述第一输入端口的连接处二者宽度值相等；
所述第一锥形波导的另一端连接所述第一宽度渐变波导的一端，在所述第一锥形波导和第一宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第一锥形波导与所述第一宽度渐变波导连接的一端的宽度值小于所述第一波导的宽度值；
所述第一宽度渐变波导的另一端与所述第一输出端口连接，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处二者宽度值相等，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处的宽度值等于所述第一波导的宽度值；
所述第二锥形波导的一端与所述第二输入端口连接，且在所述第二锥形波导和所述第二输入端口的连接处二者宽度值相等；
所述第二锥形波导的另一端连接所述第二宽度渐变波导的一端，在所述第二锥形波导和第二宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第二锥形波导与所述第二宽度渐变波导连接的一端的宽度值大于所述第二波导的宽度值；
所述第二宽度渐变波导的另一端与所述第二输出端口连接，且在所述第二宽度渐变波导和所述第二输出端口的连接处二者宽度值相等，且在所述第二宽度渐变波导和所述第二输出端口的连接处的宽度值等于所述第二波导的宽度值。
作为一种具体的实施例，如图2所示，本实施例提供的集成光波导由宽度值不相等的第一波导和第二波导组成，还包括波导模式变换器，如图4所示，该波导模式变换器包括第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口，波导模式变换器的第一输入端口和第一输出端口之间包括级联的第一锥形波导(图4中W11至W12之间的波导)和第一宽度渐变波导(图4中W12至W15之间的波导)。波导模式变换器的所述第二输入端口和所述第二输出端口之间包括级联的第二锥形波导(图4中W21至W22之间的波导)和第二宽度渐变波导(图4中W22至W25之间的波导)。第一锥形波导和第二锥形波导之间的间隔距离为G1。
其中，第一宽度渐变波导包括三段，从W12至W15的宽度值依次为W12和W13、W13和W14、W14和W15。第二宽度渐变波导包括三段，从W22至W25的宽度值依次为W22和W23、W23和W24、W24和W25。每段波导之间的间隔距离分别为G2、G3和G4。
第一锥形波导和第二锥形波导的长度均为L1，W12和W13的长度为L2，W22和W23的长度为L2，W13和W14的长度为L3，W23和W24的长度为L3，W14和W15的长度为L4，W24和W25的长度为L4。
具体来说，与第一输入端口连接的第一锥形波导结构初始宽度(W11)与所述第一输入端口的宽度相同，第一锥形波导结构的末端宽度(W12)可在一定范围内变化但小于集成光波导中第一波导的宽度值。与第二输入端口连接的第二锥形波导结构初始宽度(W21)与所述第二输入端口的宽度相同，所述第二锥形波导结构的末端宽度(W22)可在一定范围内变化但大于集成光波导中第二波导的宽度值。第一锥形波导与第二锥形波导的间距设计为足够大，使得二者所支持模式之间的耦合可以忽略。
第一宽度渐变波导的起始端宽度值(W12)与第一锥形波导的末端的宽度值相同，其末端宽度值与集成光波导中的第一波导宽度值相同，用于实现第一宽度渐变波导与集成光波导中第一波导之间的连接。第二宽度渐变波导的起始端宽度值(W22)与第二锥形波导的末端的宽度值相等，第二宽度渐变波导的末端宽度值(W25)与集成光波导中的第二波导宽度值相同，用于实现第二宽度渐变波导与所述集成光波导第二波导之间的连接。第一宽度渐变波导和第二宽度渐变波导的宽度均为渐变函数，例如，可根据需要设计为线型变化、分段线性变化(如实施例)、二次变化、分段式二次变化、指数变化等多种函数形式的变化。
对于该波导模式变换器的总体长度值、各分段长度值(若有分段)以及第一锥形波导的末端宽度和第二锥形波导的末端宽度，需要针对具体的波导平台进行优化设计，从而尽可能提高模式转换效率以及模式抑制比。
本实施例采用目前世界上三大主要的光子集成平台之一的TriPleX波导技术作为实施例的波导平台。如图5所示，该波导平台的标准双条形波导芯的横截面由三层薄膜构成，分别为下层170nm厚的氮化硅层、中间层500nm厚的二氧化硅层以及上层170nm厚的氮化硅层，波导芯的宽度值为1200nm。
如图6所示，该标准波导的基模为TE0模式，其在1500nm至1650nm波段的色散值为-700ps/nm/km左右。在本实施中，基于本实施例所提供的集成光波导结构如图7所示，窄波导的宽度Wn＝1200nm，宽波导的宽度Ww＝3100nm，两波导的间距Gap在1000nm至1600nm之间变化，用以演示这一参数对于色散值的调谐作用。
如图8所示，短点线和虚线分别表示窄波导的TE0模式及宽波导的TE1模式的有效折射率曲线，二者在1580nm处有一个交叉点，此处即为模式耦合效应最强点。模式耦合会造成两条折射率曲线出现避交现象，并共同构成两个复合模式，其折射率如图8所示，可以看出二者不再相交。
图9分别给出了Gap＝1000nm、1200nm、1400nm及1600nm时，两个复合模式的色散曲线。由此可以看出，通过调节两个波导间的距离，在1580nm工作波长附近可以实现模式的色散值从-300ps/nm/km(正常色散区)到230ps/nm/km(反常色散区)变化。如果继续增大两波导间距，则能够继续增大反常色散值。此外，当G＝1600nm，整个反常色散区的带宽达到70nm，这么大带宽的反常色散对于光频梳、超连续谱产生等都具有重要意义。
在本实施例中，设定图4中所示结构的各部分参数为：第一输入端口的宽度值W11＝1200，此参数为TriPleX双条形标准波导的宽度，第二输入端口的宽度值W21＝3100nm。其他参数分别为W12＝1080nm，W22＝3270nm，W13＝1090nm，W23＝3210nm，W14＝1100nm，W24＝3200nm，W15＝1200nm，W25＝3100nm，G1＝3600nm，G2＝2600nm，G3＝2000nm，G4＝1600nm，L1＝25μm，L2＝10μm，L3＝20μm，L4＝150μm，可以看出该模式耦合器输出端口的参数与上述色散控制波导的参数一致。图10给出了TriPleX双条形波导的基模从模式变换器的端口一输入后，在输出端分别转换为色散控制波导的反对称复合模式及对称复合模式的效率。图11则从模式抑制比来说明图10的结果，从而直观地说明了在1550nm附近，从第一输入端口输入的基模能量基本全部转换到了色散控制波导的反对称模式中。
以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种适用于集成光波导的色散控制方法，其特征在于，包括：
获取工作波段和目标色散值；
根据所述工作波段确定所述集成光波导中的宽度较小的第一波导的宽度值和宽度较大的第二波导的宽度值，使得所述第一波导的基模和所述第二波导的二阶模在所述工作波段的有效折射率相等；
控制所述第一波导和所述第二波导之间的间隔距离，使得所述工作波段的电磁波的色散值达到所述目标色散值；
还包括：
若所述目标色散值为零色散或者反常色散，则将所述工作波段的电磁波从预设的波导模式变换器的第一输入端口输入，使得经所述波导模式变换器后变为反对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输出后，进入所述第一波导和所述第二波导中，以达到所述目标色散值；
若所述目标色散值为正常色散，则将所述工作波段的电磁波从所述波导模式变换器的第二输入端口输入，使得经所述波导模式变换器后变为对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输出后，进入所述第一波导和所述第二波导中，以达到所述目标色散值；
其中，所述第一输入端口的宽度值小于所述第二输入端口的宽度值；所述波导模式变换器的输出端口包括与所述第一输入端口对应的第一输出端口，和与所述第二输入端口对应的第二输出端口。
2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，还包括：
若将反对称复合模式的电磁波转换为基模状态的电磁波，则将反对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输入，从所述第一输入端口输出基模状态的电磁波；
若将对称复合模式的电磁波转换为二阶模状态的电磁波，则将对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输入，从所述第二输入端口输出二阶模状态的电磁波。
3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，还包括：
所述波导模式变换器的所述第一输入端口和所述第一输出端口之间包括级联的第一锥形波导和第一宽度渐变波导，所述波导模式变换器的所述第二输入端口和所述第二输出端口之间包括级联的第二锥形波导和第二宽度渐变波导；
其中，所述第一锥形波导的一端与所述第一输入端口连接，且在所述第一锥形波导和所述第一输入端口的连接处二者宽度值相等；
所述第一锥形波导的另一端连接所述第一宽度渐变波导的一端，在所述第一锥形波导和第一宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第一锥形波导与所述第一宽度渐变波导连接的一端的宽度值小于所述第一波导的宽度值；
所述第一宽度渐变波导的另一端与所述第一输出端口连接，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处二者宽度值相等；
所述第二锥形波导的一端与所述第二输入端口连接，且在所述第二锥形波导和所述第二输入端口的连接处二者宽度值相等；
所述第二锥形波导的另一端连接所述第二宽度渐变波导的一端，在所述第二锥形波导和第二宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第二锥形波导与所述第二宽度渐变波导连接的一端的宽度值大于所述第二波导的宽度值；
所述第二宽度渐变波导的另一端与所述第二输出端口连接，且在所述第二宽度渐变波导和所述第二输出端口的连接处二者宽度值相等。
4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述第一宽度渐变波导在与所述第一锥形波导连接处至与所述第一输出端口连接处之间的宽度值按照第一预设函数变化；
所述第一预设函数至少包括线性函数、分段函数、二次函数、指数函数、分段式二次函数中的一种；
所述第二宽度渐变波导在与所述第二锥形波导连接处至与所述第二输出端口连接处之间的宽度值按照第二预设函数变化；
所述第二预设函数至少包括线性函数、分段函数、二次函数、指数函数、分段式二次函数中的一种。
5.一种集成光波导，其特征在于，包括：
下包层、设置在所述下包层上表面的第一波导和第二波导、覆盖于所述第一波导和所述第二波导和所述下包层上表面的上包层；
所述集成光波导中的宽度较小的第一波导的宽度和宽度较大的第二波导的宽度根据工作波段确定，以使得所述第一波导的基模和所述第二波导的二阶模在所述工作波段的有效折射率相等；
所述第一波导和所述第二波导之间的间隔距离根据目标色散值确定，以使得所述工作波段的电磁波的色散值达到所述目标色散值；
还包括波导模式变换器；
其中，所述波导模式变换器包括第一输入端口、第一输出端口、第二输入端口和第二输出端口，所述第一输出端口连接所述第一波导，所述第二输出端口连接所述第二波导；
所述波导模式变换器的所述第一输入端口和所述第一输出端口之间包括级联的第一锥形波导和第一宽度渐变波导，所述波导模式变换器的所述第二输入端口和所述第二输出端口之间包括级联的第二锥形波导和第二宽度渐变波导；
其中，所述第一锥形波导的一端与所述第一输入端口连接，且在所述第一锥形波导和所述第一输入端口的连接处二者宽度值相等；
所述第一锥形波导的另一端连接所述第一宽度渐变波导的一端，在所述第一锥形波导和第一宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第一锥形波导与所述第一宽度渐变波导连接的一端的宽度值小于所述第一波导的宽度值；
所述第一宽度渐变波导的另一端与所述第一输出端口连接，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处二者宽度值相等，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处的宽度值等于所述第一波导的宽度值；
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