CN108227080A - Swg桥接耦合器件、参数确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种SWG桥接耦合器件、参数确定方法及装置；其中，该器件包括：第一SWG、第二SWG和波导；其中，第二SWG为桥接SWG，设置于第一SWG和波导之间；第一SWG的有效折射率和第二SWG的有效折射率之差小于预定阈值。通过本发明，解决了如何实现亚波长光栅和波导的低损耗耦合连接的问题，同时降低了亚波长光栅加工精度要求。

Description

SWG桥接耦合器件、参数确定方法及装置

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体而言，涉及一种SWG桥接耦合器件、参数确定方法及装置。

背景技术

亚波长结构是指结构的特征尺寸与工作波长相当或更小的周期(或非周期)结构。亚波长光栅(sub-wavelength grating，简称SWG)是近年来利用亚波长结构原理的一种新型光器件。光通信工作波长为1550nm窗口，通常亚波长光栅的周期在300nm左右。亚波长光栅可等效于某个折射率的波导。亚波长光栅通过调整光栅周期、占空比和波导宽度等参数可任意改波导的有效折射率，具有广阔的应用前景，研究也越来越深入。在硅光器件设计中，往往需要考虑亚波长光栅与普通波导的连接，为降低耦合损耗，通常采用桥接(bridge)SWG作为过渡，所谓桥接SWG就是在SWG中间叠加楔形波导，以实现和常规波导的匹配。采用桥接波导时往往要求波导结构的加工尺寸分辨率在20nm左右，这就使得加工难度很大，目前只能采用不易规模量产的电子束曝光工艺。

2015年加拿大研究人员Pavel Cheben在光学快报(Optic Express)上提出了一种新型的SWG桥接耦合结构，如图1所示。桥接SWG中楔形桥接波导的最小尺寸为100nm，对亚波长光栅加工精度要求不高，为亚波长光栅的实用化打下了良好的基础，其设计亮点在于常规SWG边缘波导A的宽度(250nm)略大于桥接SWG边缘波导B的宽度(220nm)。根据仿真研究，Cheben方案，A略大于B的设计技巧的确有效果，相比传统的桥接耦合有所改进，可以实现较低损耗的桥接耦合，但是在损耗及偏振相关损耗方面，仍有继续优化的空间。

如何在较大特征尺寸的光学器件加工平台下设计亚波长光栅的桥接耦合方案，继续优化耦合损耗，并且兼顾横电(Transverse Electric,TE)模信号和横磁(TransverseMagnetic,TM)模信号的偏振相关损耗，降低亚波长光栅生产加工精度要求，成为迫切需要解决的技术问题。

针对上述技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种SWG桥接耦合器件、参数确定方法及装置，以至少解决如何实现亚波长光栅和波导的低损耗耦合连接的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种亚波长光栅SWG桥接耦合器件，包括：第一SWG、第二SWG和波导；其中，第二SWG为桥接SWG，设置于第一SWG和波导之间；第一SWG的有效折射率和第二SWG的有效折射率之差小于预定阈值。

可选地，第一SWG的占空比大于第二SWG的占空比。

可选地，SWG桥接耦合器件还包括：过渡部分、其中，过渡部分包括：第一边缘波导、第二边缘波导、以及第一边缘波导与第二边缘波导之间的间隔；其中，第一边缘波导为第一SWG中与第二SWG相邻的波导，第二边缘波导为第二SWG中与第一SWG相邻的波导；其中，第一SWG的有效折射率和第二边缘波导的有效折射率之差小于预定阈值。

可选地，在横电TE模信号和横磁TM模信号都耦合的情况下，TE模信号的有效折射率差小于TM模信号的有效折射率差；其中，TE模信号的有效折射率差为第一SWG的TE模信号的有效折射率与第二边缘波导的TE模信号的有效折射率之差；TM模信号的有效折射率差为第一SWG的TM模信号的有效折射率与第二边缘波导的TM模信号的有效折射率之差。

可选地TE模有效折射率差小于0.15，TM模有效折射率差小于0.05。

可选地，在横电TE模信号耦合的情况下，TE模信号的有效折射率差小于0.01；或在横磁TM模信号耦合的情况下，TM模信号的有效折射率差小于0.01。

根据本发明的一个实施例，提供了一种参数确定方法，包括：获取第一SWG的有效折射率；获取第二SWG的有效折射率；判断第一SWG的有效折射率与第二SWG的有效折射率之差是否小于预定阈值；在判断结果为是的情况下，确定过渡部分的参数；过渡部分包括：第一边缘波导、第二边缘波导、以及第一边缘波导与第二边缘波导之间的间隔；其中，第一边缘波导为第一SWG中与第二SWG相邻的波导，第二边缘波导为第二SWG中与第一SWG相邻的波导。

可选地，获取第二SWG的有效折射率包括：获取第二边缘波导的有效折射率；判断第一SWG的有效折射率与第二SWG的有效折射率之差是否小于预定阈值包括：判断第一SWG的有效折射率与第二边缘波导的有效折射率之差是否小于预定阈值。

可选地，确定过渡部分的参数包括以下至少之一：确定第一边缘波导与第二边缘波导之间的间隔；确定第一边缘波导的长度或者宽度；确定第二边缘波导的长度或宽度；确定第一SWG中与第一边缘波导相邻的波导和第一边缘波导之间的间隔；确定第二SWG中与第二边缘波导相邻的波导和第二边缘波导之间的间隔。

可选地，在确定过渡部分的参数之前，方法还包括：确定第二SWG的长度。

可选地，在横电TE模信号和横磁TM模信号都耦合的情况下，TE模信号的有效折射率差小于TM模信号的有效折射率差；其中，TE模信号的有效折射率差为第一SWG的TE模信号的有效折射率与第二边缘波导的TE模信号的有效折射率之差；TM模信号的有效折射率差为第一SWG的TM模信号的有效折射率与第二边缘波导的TM模信号的有效折射率之差。

可选地，TE模有效折射率差小于0.15，TM模有效折射率差小于0.05。

可选地，在横电TE模信号耦合的情况下，TE模信号的有效折射率差小于0.01；或横磁TM模信号耦合的情况下，TM模信号的有效折射率差小于0.01。

根据本发明的一个实施例，提供了一种参数确定装置，包括：第一获取模块，用于获取第一SWG的有效折射率；第二获取模块，用于获取第二SWG的有效折射率；判断模块，用于判断第一SWG的有效折射率与第二SWG的有效折射率之差是否小于预定阈值；确定模块，用于在判断结果为匹配的情况下，确定过渡部分的参数；过渡部分包括：第一边缘波导、第二边缘波导、以及第一边缘波导与第二边缘波导之间的间隔；其中，第一边缘波导为第一SWG中与第二SWG相邻的波导，第二边缘波导为第二SWG中与第一SWG相邻的波导。

可选地，第二获取模块，还用于获取第二边缘波导的有效折射率；判断模块，还用于判断第一SWG的有效折射率与第二边缘波导的有效折射率之差是否小于预定阈值。

可选地，参数包括以下至少之一：第一边缘波导与第二边缘波导之间的间隔；第一边缘波导的长度或者宽度；第二边缘波导的长度或宽度；第一SWG中与第一边缘波导相邻的波导和第一边缘波导之间的间隔；第二SWG中与第二边缘波导相邻的波导和第二边缘波导之间的间隔。

可选地，确定模块，还用于确定第二SWG的长度。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质。该存储介质设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：获取第一SWG的有效折射率；获取第二SWG的有效折射率；判断第一SWG的有效折射率与第二SWG的有效折射率之差是否小于预定阈值；在判断结果为是的情况下，确定过渡部分的参数；过渡部分包括：第一边缘波导、第二边缘波导、以及第一边缘波导与第二边缘波导之间的间隔；其中，第一边缘波导为第一SWG中与第二SWG相邻的波导，第二边缘波导为第二SWG中与第一SWG相邻的波导。

通过本发明，由于通过将亚波长光栅SWG桥接耦合器件中的第一SWG的有效折射率和第二SWG的有效折射率之差小于预定阈值，即将亚波长光栅SWG桥接耦合器件中的第一SWG的有效折射率和第二SWG的有效折射率匹配，实现亚波长光栅和波导的低损耗耦合，因此，可以解决如何实现亚波长光栅和波导的低损耗耦合连接的问题，同时降低了亚波长光栅加工精度要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术中的亚波长光栅桥接耦合结构的流程图；

图2是根据本发明优选实施例提供的SWG桥接耦合器件的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的参数确定方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的参数确定装置的结构框图；

图5是根据本发明优选实施例提供的器件的结构框图；

图6是根据本发明优选实施例提供的设计方法的流程示意图；

图7是根据本发明优选实施例提供的器件的结构细节的结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例1

本申请实施例提供了一种亚波长光栅SWG桥接耦合器件，图2是根据本发明优选实施例提供的SWG桥接耦合器件的结构示意图，如图2所示，该器件包括：第一SWG22、第二SWG24和波导26；

其中，第二SWG24为桥接SWG，设置于第一SWG22和波导26之间，第一SWG22的有效折射率和第二SWG24的有效折射率之差小于预定阈值。

通过上述器件，由于亚波长光栅SWG桥接耦合器件中的第一SWG的有效折射率和第二SWG的有效折射率之差小于预定阈值，即使得第一SWG的有效折射率和第二SWG的有效折射率是匹配的，实现了亚波长光栅和波导的低损耗耦合，因此，可以解决如何实现亚波长光栅和波导的低损耗耦合连接的问题，同时降低了亚波长光栅加工精度要求。

需要说明的是，上述第二SWG可以降低第一SWG22和波导26的耦合损耗；

需要说明的是，上述第一SWG22的占空比大于第二SWG24的占空比。

需要说明的是，上述预定阈值可以根据实际情况进行设定，但是需要说明的是，该预定阈值越小越好，该预定阈值越小表明上述第一SWG的有效折射率和第二SWG的有效折射率越匹配。

在本发明的一个实施例中，上述器件还可以包括：过渡部分；其中，过渡部分包括：第一边缘波导、第二边缘波导、以及第一边缘波导与第二边缘波导之间的间隔；其中，第一边缘波导为第一SWG中与第二SWG相邻的波导，第二边缘波导为第二SWG中与第一SWG相邻的波导；其中，第一SWG22的有效折射率和第二边缘波导的有效折射率之差小于预定阈值。

需要说明的是，在横电TE模信号和横磁TM模信号都耦合的情况下，TE模信号的有效折射率差小于TM模信号的有效折射率差；其中，TE模信号的有效折射率差为第一SWG22的TE模信号的有效折射率与第二边缘波导的TE模信号的有效折射率之差；TM模信号的有效折射率差为第一SWG22的TM模信号的有效折射率与第二边缘波导的TM模信号的有效折射率之差。

在本发明的一个实施例中，TE模信号的有效折射率差小于TM模信号的有效折射率差可以表现为：TE模信号的有效折射率差比TM模信号的有效折射率差小1个数量级，比如TE模信号的有效折射率差为0.001，则上述TM模信号的有效折射率的数量级为0.01；但并不限于此。

需要说明的是，TE模有效折射率差小于0.15，TM模有效折射率差小于0.05。

在本发明的一个实施例中，在横电TE模信号耦合的情况下，TE模信号的有效折射率差小于0.01；或在横磁TM模信号耦合的情况下，TM模信号的有效折射率差小于0.01。

实施例2

本申请实施例可以运行于图2所示的器件上，在本实施例中提供了一种运行于器件的参数确定方法，图3是根据本发明实施例的参数确定方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S302，获取第一SWG的有效折射率；

步骤S304，获取第二SWG的有效折射率；

步骤S306，判断第一SWG的有效折射率与第二SWG的有效折射率之差是否小于预定阈值；

步骤S308，在判断结果为是的情况下，确定过渡部分的参数；其中，过渡部分包括：第一边缘波导、第二边缘波导、以及第一边缘波导与第二边缘波导之间的间隔；其中，第一边缘波导为第一SWG中与第二SWG相邻的波导，第二边缘波导为第二SWG中与第一SWG相邻的波导。

通过上述步骤，由于通过将亚波长光栅SWG桥接耦合器件中的第一SWG的有效折射率和第二SWG的有效折射率之差小于预定阈值，即使第一SWG的有效折射率和第二SWG的有效折射率匹配，进而确定过渡部分的参数，实现了亚波长光栅和波导的低损耗耦合，因此，可以解决如何实现亚波长光栅和波导的低损耗耦合连接的问题，同时降低了亚波长光栅加工精度要求。

需要说明的是，上述确定的参数可以为使第一SWG和波导的耦合损耗最低的参数；但并不限于此。

需要说明的是，上述步骤S304可以表现为：获取第二边缘波导的有效折射率；判断第一SWG的有效折射率与第二SWG的有效折射率之差是否小于预定阈值包括：判断第一SWG的有效折射率与第二边缘波导的有效折射率之差是否小于预定阈值。

需要说明的是，上述预定阈值可以根据实际情况进行设定，需要说明的是该预定阈值越小，上述第一SWG22的有效折射率和第二边缘波导的有效折射率越匹配，损耗越低。

需要说明的是，上述参数可以包括以下至少之一：第一边缘波导与第二边缘波导之间的间隔；第一边缘波导的长度或者宽度；第二边缘波导的长度或宽度；第一SWG中与第一边缘波导相邻的波导和第一边缘波导之间的间隔；第二SWG中与第二边缘波导相邻的波导和第二边缘波导之间的间隔。

在本发明的一个实施例中，在上述步骤S308之前，上述方法还可以包括：确定第二SWG的长度；其中，第二SWG的长度越长，第一SWG和波导的耦合损耗越小。

在本发明的一个实施例中，在横电TE模信号和横磁TM模信号都耦合的情况下，TE模信号的有效折射率差小于TM模信号的有效折射率差；其中，TE模信号的有效折射率差为第一SWG的TE模信号的有效折射率与第二边缘波导的TE模信号的有效折射率之差；TM模信号的有效折射率差为第一SWG的TM模信号的有效折射率与第二边缘波导的TM模信号的有效折射率之差。

需要说明的是，TE模信号的有效折射率差小于TM模信号的有效折射率差可以表现为：TE模信号的有效折射率差比TM模信号的有效折射率差小1个数量级，比如TE模信号的有效折射率差为0.001，则上述TM模信号的有效折射率的数量级为0.01；但并不限于此。

需要说明的是，TE模有效折射率差小于0.15，TM模有效折射率差小于0.05。

在本发明的一个实施例中，在横电TE模信号耦合的情况下，TE模信号的有效折射率差小于0.01；或横磁TM模信号耦合的情况下，TM模信号的有效折射率差小于0.01。

可选地，上述步骤的执行主体可以为第三方设备等，但不限于此。

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根据上述实施例的方法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，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的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，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

实施例3

在本实施例中还提供了一种参数确定装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图4是根据本发明实施例的参数确定装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：

第一获取模块42，用于获取第一SWG的有效折射率；

第二获取模块44，与上述第一获取模块42连接，用于获取第二SWG的有效折射率；

判断模块46，与上述第二获取模块44连接，用于判断第一SWG的有效折射率与第二SWG的有效折射率之差是否小于预定阈值；

确定模块48，与上述判断模块46连接，用于在判断结果为是的情况下，确定过渡部分的参数；过渡部分包括：第一边缘波导、第二边缘波导、以及第一边缘波导与第二边缘波导之间的间隔；其中，第一边缘波导为第一SWG中与第二SWG相邻的波导，第二边缘波导为第二SWG中与第一SWG相邻的波导。

通过上述装置，由于通过将亚波长光栅SWG桥接耦合器件中的第一SWG的有效折射率和第二SWG的有效折射率之差小于预定阈值，即使第一SWG的有效折射率和第二SWG的有效折射率匹配，进而确定过渡部分的参数，实现了亚波长光栅和波导的低损耗耦合，因此，可以解决如何实现亚波长光栅和波导的低损耗耦合连接的问题，同时降低了亚波长光栅加工精度要求。

需要说明的是，上述确定的参数为使第一SWG和波导的耦合损耗最低的参数；但并不限于此。

在本发明的一个实施例中，上述第二获取模块44，还可以用于获取第二边缘波导的有效折射率；上述判断模块48，还可以用于判断第一SWG的有效折射率与第二边缘波导的有效折射率之差是否小于预定阈值。

需要说明的是，上述预定阈值可以根据实际情况进行设定，需要说明的是该预定阈值越小，上述第一SWG22的有效折射率和第二边缘波导的有效折射率越匹配，损耗越低。

需要说明的是，上述参数可以包括以下至少之一：第一边缘波导与第二边缘波导之间的间隔；第一边缘波导的长度或者宽度；第二边缘波导的长度或宽度；第一SWG中与第一边缘波导相邻的波导和第一边缘波导之间的间隔；第二SWG中与第二边缘波导相邻的波导和第二边缘波导之间的间隔。

在本发明的一个实施例中，上述确定模块48，还可以用于确定第二SWG的长度；其中，第二SWG的长度越长，第一SWG和波导的耦合损耗越小。

在本发明的一个实施例中，在横电TE模信号和横磁TM模信号都耦合的情况下，TE模信号的有效折射率差小于TM模信号的有效折射率差；其中，TE模信号的有效折射率差为第一SWG的TE模信号的有效折射率与第二边缘波导的TE模信号的有效折射率之差；TM模信号的有效折射率差为第一SWG的TM模信号的有效折射率与第二边缘波导的TM模信号的有效折射率之差。

需要说明的是，TE模信号的有效折射率差小于TM模信号的有效折射率差可以表现为：TE模信号的有效折射率差比TM模信号的有效折射率差小1个数量级，比如TE模信号的有效折射率差为0.001，则上述TM模信号的有效折射率的数量级为0.01；但并不限于此。

需要说明的是，TE模有效折射率差小于0.15，TM模有效折射率差小于0.05。

在本发明的一个实施例中，在横电TE模信号耦合的情况下，TE模信号的有效折射率差小于0.01；或横磁TM模信号耦合的情况下，TM模信号的有效折射率差小于0.01。

需要说明的是，上述装置可以位于第三方设备中，也可以位于图3所示的器件中，但并不限于此。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

实施例4

本发明的实施例还提供了一种存储介质。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行实施例2中的方法的步骤的程序代码。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可选地，在本实施例中，处理器根据存储介质中已存储的程序代码执行实施例2中的方法的步骤。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

需要说明的是，上述间隔可以称之为间隔，并不限于此。

为了更好地理解本发明，以下结合优选的实施例对本发明做进一步解释。

本发明优选实施例所要解决的技术问题是：提供一种亚波长光栅桥接耦合的方法和器件，在较大特征尺寸的光学加工平台下，实现亚波长光栅和常规波导的低损耗耦合连接。

图5是根据本发明优选实施例提供的器件的结构框图，如图5所示，其包括：常规SWG501(相当于上述实施例1中的第一SWG22)，过渡部分502(相当于上述实施例1中的过渡部分)，桥接SWG503(相当于上述实施例1中的第二SWG24)和常规波导504(相当于上述实施例1中的波导26)。桥接SWG降低常规SWG和常规波导的耦合损耗，常规SWG和桥接SWG靠近常规SWG边缘部分(相当于上述实施例1中的第二边缘波导)的有效折射率尽量匹配；过渡部分进一步降低常规SWG和桥接SWG之间的耦合损耗。从外形结构上看，常规SWG的占空比要大于桥接SWG中SWG部分的占空比，以实现常规SWG和桥接SWG的有效折射率匹配。

本发明优选实施例提供的器件采用有效折射率尽量匹配的设计概念，并且通过调整过渡部分的结构参数以优化损耗，图6是根据本发明优选实施例提供的设计方法的流程示意图，如图6所示，步骤如下：

步骤601：计算常规SWG的有效折射率。波导的有效折射率neff是光波导技术领域的常用光学参数，可由各种商用光器件仿真软件获得。

步骤602：设计桥接SWG，计算桥接SWG靠近常规SWG边缘部分的有效折射率；

步骤603：判断常规SWG和桥接SWG靠近常规SWG边缘部分的有效折射率是否接近。如果器件仅需耦合TE或TM信号，让常规SWG和桥接SWG靠近常规SWG边缘部分的有效折射率尽量接近；如果器件需耦合TE和TM信号，需均衡考虑两种波导的TE模和TM模有效折射率，并且优先考虑有效折射率较小的TM模的有效折射率接近，推荐TM模有效折射率差至少比TE模有效折射率差小1个数量级；仅耦合TE或TM信号，有效折射率差推荐小于0.01，并且，差异越小越能提升性能。耦合TE和TM信号，TE有效折射率差推荐小于0.15，TM有效折射率差推荐小于0.05。

步骤604/605：设计过渡部分的参数，执行光学仿真，选择损耗最低的结构。方法如下：如果器件仅需耦合TE或TM信号，修改常规SWG和桥接SWG的间隔；如果器件需耦合TE和TM信号，修改如下参数及其组合：①常规SWG和桥接SWG的两波导间隔；②常规SWG/桥接SWG边缘波导长度/宽度；③常规SWG/桥接SWG的边缘间隔；

步骤606：确定桥接SWG的长度。一般来说，长度越长，损耗越低，设计时需要兼顾器件长度设计预算和损耗性能，按照设计经验通常取值大于10μm。

有益效果：本发明所使用的方法，通过采用有效折射率匹配的技巧，与现有技术相比，实现亚波长光栅和常规波导的低损耗耦合，降低了亚波长光栅精密加工要求，极大的提高了器件的实用化水平。

以硅光技术平台实现亚波长光栅的桥接耦合为例，提供实际应用的三种典型实施例，具体为:①占空比为50％的常规SWG实现TE信号桥接耦合、②占空比为50％的常规SWG实现TE和TM信号的桥接耦合、③占空比为58.33％的常规SWG实现TE和TM信号的桥接耦合。下面参照图7进行具体描述，图7斜实线框表示硅波导，周围为二氧化硅。硅波导采用220纳米高度的硅(Si)，埋氧层采用3μm的二氧化硅(SiO2)，覆盖层缺省为3μm的SiO2，此为硅光平台技术领域典型参数，其余参数亦可；图7中示出了6个硅波导，其中编号为1、2、3的硅波导以及编号为1、2、3的硅波导之间的间隔可以认为是常规SWG，即上述实施例1中的第一SWG22；编号为4、5、6的硅波导，4、5、6的硅波导之间的间隔以及梯形波导可认为是桥接SWG，即上述实施例1中的第二SWG24；编号为3的硅波导认为是常规SWG靠近桥接SWG边缘部分，即上述实施例1中的第一边缘波导；编号为4的硅波导可认为是桥接SWG靠近常规SWG边缘部分，即上述实施例1中的第二边缘波导；编号为3、4的硅波导以及编号为3、4的硅波导之间的间隔为过渡部分，即上述实施例1中的过渡部分。

优选实施例1：占空比为50％的常规SWG实现TE信号桥接耦合

常规SWG为周期为300nm，周期内波导长度150nm，间隔为150nm，波导宽度为500nm；常规SWG与500nm宽的常规波导实现连接，仅考虑TE信号的传输。

设计TE信号的桥接耦合参数的过程描述如下：

步骤1：常规SWG的周期为300nm，每个周期内波导长度为150nm，波导间隔为150nm，波导宽度为500nm。常规SWG的有效折射率与SWG的周期(周期＝波导长度+间隔)，占空比(波导长度/周期)，宽度有关。常规SWG和桥接SWG的有效折射率由光器件商用软件仿真计算得到。常规SWG的TE信号的有效折射率为1.65945。

步骤2：桥接SWG的周期为270nm，每个周期内波导长度为120nm，波导间隔为150nm，波导宽度为500nm，桥接波导尖端宽度为100nm。桥接SWG是SWG加桥接波导，一般情况下，桥接SWG中SWG的占空比小于常规SWG的占空比，才可能使得桥接SWG靠近常规SWG边缘部分的有效折射率接近常规SWG有效折射率。桥接SWG由常规SWG和桥接波导组成，因此有效折射率与SWG的周期，占空比(长度和间隔)，宽度，以及桥接波导的宽度有关。考虑到现有技术水平的加工误差，设计桥接SWG的桥接尖端(bridgetip)宽度为100nm。桥接SWG靠近常规SWG边缘部分的TE信号的有效折射率为1.6594。桥接SWG的SWG部分的占空比为44.44％。

步骤3：上述TE模的有效折射率差为0.0005。可见，本实施例中常规SWG和桥接SWG的有效折射率非常接近。

步骤4和5：常规SWG和桥接SWG的两波导间隔为135nm。该间隔下的损耗优于常规SWG和桥接SWG波导间隔的共同值150nm。

步骤6：选择桥接SWG的长度为70×0.27＝18.9μm。

采用时域有限差分法(FDTD)进行仿真。仿真结构为：常规波导->桥接SWG->常规SWG->桥接SWG->常规波导；TE信号总损耗为-0.012，也就是说从常规SWG到常规波导的耦合损耗仅为-0.006dB，相当于传输了99.86％的光功率，该损耗优于已知公开文献报道的性能。如果考察仿真得到的电场强度俯视图，可以看出，桥接SWG和常规SWG之间光信号的模式转换实现了平滑过渡；反之，如果有效折射率有较大差异，则在模式转换时会产生较大的突变，模式将失配，会观察到光信号泄漏，这也是桥接耦合时损耗增大的直接原因。

优选实施例2：占空比为50％的常规SWG实现TE和TM信号的桥接耦合

常规SWG为周期为300nm，周期内波导长度150nm，间隔为150nm，波导宽度为500nm；与500nm宽的常规波导实现连接，兼顾考虑TE和TM信号的传输。

设计TE和TM信号的桥接耦合参数的过程描述如下：

步骤1:常规SWG的周期为300nm，每个周期内波导长度为150nm，波导间隔为150nm，波导宽度为500nm。常规SWG的TE模有效折射率为1.65945，TM模有效折射率为1.49708。

步骤2:桥接SWG的周期为300nm，每个周期内波导长度为100nm，波导间隔为200nm，波导宽度为500nm，桥接波导尖端宽度为100nm。桥接SWG靠近常规SWG边缘部分的TE模有效折射率为1.57692，TM模有效折射率为1.50176。桥接SWG的SWG部分的占空比为33.33％。

步骤3:上述TE模的有效折射率差为0.08253，TM模的有效折射率差为0.00468。TM模有效折射率的差异小于TE模有效折射率的差异。常规SWG和桥接SWG的有效折射率接近，特别是TM模有效折射率接近。对220nm高的硅光波导而言，一般来说，TM模有效折射率小于TE模有效折射率，导致TM信号更容易发生模场失配，因此优先照顾TM模有效折射率匹配有利于降低损耗。

步骤4和5：优选实施例2过渡部分的设计相对优选实施例1更为复杂，需要优化的参数更多。参照图7，具体如下：常规SWG和桥接SWG的两波导间隔为150nm；常规SWG边缘波导长度从150nm改为125nm；桥接SWG边缘波导长度从100nm改为125nm；桥接SWG边缘间隔从200nm改为175nm。过渡部分采用上述优化参数后，器件耦合损耗达到最低。

步骤6：确定桥接SWG的长度为70长度为3＝21接采。

采用时域有限差分法(FDTD)仿真优选实施例2所述器件，TE信号的桥接耦合损耗为-0.072dB，TM信号的桥接耦合损耗为-0.076dB。一般来说，由于要兼顾TE信号和TM信号，优选实施例2(同时传输TE和TM信号)的损耗将大于优选实施例1(仅传输TE信号)的损耗。

优选实施例3：占空比为58.33％的常规SWG实现TE和TM信号的桥接耦合

常规SWG为周期为300nm，周期内波导长度175nm，间隔为125nm，波导宽度为500nm；与500nm宽的常规波导实现连接，兼顾考虑TE和TM信号的传输。优选实施例3与优选实施例2的区别是常规SWG的占空比不同。

设计TE和TM信号的桥接耦合参数的过程描述如下：

步骤1:常规SWG的周期为300nm，每个周期内波导长度为175nm，波导间隔为125nm，波导宽度为500nm。常规SWG的TE模有效折射率为1.74346，TM模有效折射率为1.51699。

步骤2:桥接SWG的周期为300nm，每个周期内波导长度为125nm，波导间隔为175nm，波导宽度为500nm，桥接波导尖端宽度为100nm。桥接SWG靠近常规SWG边缘部分的TE模有效折射率为1.63943，TM模有效折射率为1.5178。桥接SWG的SWG部分的占空比为41.67％。

步骤3:上述TE模的有效折射率差为0.10403，TM模的有效折射率差为0.00081。TM模有效折射率的差异小于TE模有效折射率的差异。常规SWG和桥接SWG的有效折射率接近，特别是TM模有效折射率接近。对220nm高的硅光波导而言，一般来说，TM模有效折射率小于TE模有效折射率，导致TM信号更容易发生模场失配，因此优先照顾TM模有效折射率匹配有利于降低损耗。优选实施例3的TM有效折射率差比优选实施例2的TM有效折射率差更小。

步骤4和5：优选实施例3过渡部分的设计相对优选实施例1更为复杂，需要优化的参数更多。参照图7，具体如下：常规SWG和桥接SWG的两波导间隔为150nm；常规SWG边缘波导长度从175nm改为150nm；桥接SWG边缘波导长度从125nm改为150nm；桥接SWG边缘间隔从175nm改为150nm。过渡部分采用上述优化参数后，器件耦合损耗达到最低。

步骤6：确定桥接SWG的长度为70长度为3＝21接采。

采用时域有限差分法(FDTD)仿真实施例3所述器件，TE信号的桥接耦合损耗为-0.06dB，相当于传输了98.6％的光功率，TM信号的桥接耦合损耗为-0.055dB。一般来说，由于要兼顾TE信号和TM信号，优选实施例3(同时传输TE和TM信号)的损耗将大于优选实施例1(仅传输TE信号)的损耗。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种亚波长光栅SWG桥接耦合器件，其特征在于，包括：第一SWG、第二SWG和波导；

其中，所述第二SWG为桥接SWG，设置于所述第一SWG和所述波导之间；

所述第一SWG的有效折射率和所述第二SWG的有效折射率之差小于预定阈值。

2.根据权利要求1所述的SWG桥接耦合器件，其特征在于，所述第一SWG的占空比大于所述第二SWG的占空比。

3.根据权利要求1或2所述的SWG桥接耦合器件，其特征在于，所述SWG桥接耦合器件还包括：过渡部分；其中，所述过渡部分包括：第一边缘波导、第二边缘波导、以及所述第一边缘波导与所述第二边缘波导之间的间隔；其中，所述第一边缘波导为所述第一SWG中与所述第二SWG相邻的波导，所述第二边缘波导为所述第二SWG中与所述第一SWG相邻的波导；

其中，所述第一SWG的有效折射率和所述第二边缘波导的有效折射率之差小于所述预定阈值。

4.根据权利要求3所述的SWG桥接耦合器件，其特征在于，在横电TE模信号和横磁TM模信号都耦合的情况下，所述TE模信号的有效折射率差小于所述TM模信号的有效折射率差；

其中，所述TE模信号的有效折射率差为所述第一SWG的TE模信号的有效折射率与所述第二边缘波导的TE模信号的有效折射率之差；所述TM模信号的有效折射率差为所述第一SWG的TM模信号的有效折射率与所述第二边缘波导的TM模信号的有效折射率之差。

5.根据权利要求4所述的SWG桥接耦合器件，其特征在于，所述TE模有效折射率差小于0.15，所述TM模有效折射率差小于0.05。

6.根据权利要求3所述的SWG桥接耦合器件，其特征在于，在横电TE模信号耦合的情况下，所述TE模信号的有效折射率差小于0.01；或在横磁TM模信号耦合的情况下，所述TM模信号的有效折射率差小于0.01。

7.一种参数确定方法，其特征在于，包括：

获取第一SWG和第二SWG的有效折射率；

判断所述第一SWG的有效折射率与所述第二SWG的有效折射率之差是否小于预定阈值；

在判断结果为是的情况下，确定过渡部分的参数；所述过渡部分包括：第一边缘波导、第二边缘波导、以及所述第一边缘波导与所述第二边缘波导之间的间隔；其中，所述第一边缘波导为所述第一SWG中与所述第二SWG相邻的波导，所述第二边缘波导为所述第二SWG中与所述第一SWG相邻的波导。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述获取第二SWG的有效折射率包括：获取所述第二边缘波导的有效折射率；

所述判断所述第一SWG的有效折射率与所述第二SWG的有效折射率之差是否小于预定阈值包括：判断所述第一SWG的有效折射率与所述第二边缘波导的有效折射率之差是否小于所述预定阈值。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述确定过渡部分的参数包括以下至少之一：

确定所述第一边缘波导与所述第二边缘波导之间的间隔；

确定所述第一边缘波导的长度或者宽度；

确定所述第二边缘波导的长度或宽度；

确定所述第一SWG中与所述第一边缘波导相邻的波导和所述第一边缘波导之间的间隔；

确定所述第二SWG中与所述第二边缘波导相邻的波导和所述第二边缘波导之间的间隔。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在确定过渡部分的参数之前，所述方法还包括：

确定所述第二SWG的长度。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在横电TE模信号和横磁TM模信号都耦合的情况下，所述TE模信号的有效折射率差小于所述TM模信号的有效折射率差；

其中，所述TE模信号的有效折射率差为所述第一SWG的TE模信号的有效折射率与所述第二边缘波导的TE模信号的有效折射率之差；所述TM模信号的有效折射率差为所述第一SWG的TM模信号的有效折射率与所述第二边缘波导的TM模信号的有效折射率之差。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述TE模有效折射率差小于0.15，所述TM模有效折射率差小于0.05。

13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在横电TE模信号耦合的情况下，所述TE模信号的有效折射率差小于0.01；或横磁TM模信号耦合的情况下，所述TM模信号的有效折射率差小于0.01。

14.一种参数确定装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取第一SWG的有效折射率；

第二获取模块，用于获取第二SWG的有效折射率；

判断模块，用于判断所述第一SWG的有效折射率与所述第二SWG的有效折射率之差是否小于预定阈值；

确定模块，用于在判断结果为是的情况下，确定过渡部分的参数；其中，所述过渡部分包括：第一边缘波导、第二边缘波导、以及所述第一边缘波导与所述第二边缘波导之间的间隔；其中，所述第一边缘波导为所述第一SWG中与所述第二SWG相邻的波导，所述第二边缘波导为所述第二SWG中与所述第一SWG相邻的波导。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，

所述第二获取模块，具体用于获取所述第二边缘波导的有效折射率；

所述判断模块，具体用于判断所述第一SWG的有效折射率与所述第二边缘波导的有效折射率之差是否小于所述预定阈值。

16.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，所述参数包括以下至少之一：

所述第一边缘波导与所述第二边缘波导之间的间隔；

所述第一边缘波导的长度或者宽度；

所述第二边缘波导的长度或宽度；

所述第一SWG中与所述第一边缘波导相邻的波导和所述第一边缘波导之间的间隔；

所述第二SWG中与所述第二边缘波导相邻的波导和所述第二边缘波导之间的间隔。

17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述确定模块，还用于确定所述第二SWG的长度。