CN109597163B - 一种特殊Y分支型弯曲结构的1x16光分路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特殊Y分支型弯曲结构的1x16光分路器，所述1x16光分路器的整体长度Z＝35000μm，每两个相邻输出波导的间距X_θ＝127μm，输入波导和输出波导的截面均为6μm×6μm的矩形。传统1x16光分路器存在输入端口和输出端口之间的距离长的问题，导致光分路器整体长度长，难以达到目前光电子器件高度集成化的要求。本发明则解决了传统1x16光分路器存在的该问题，本发明1x16光分路器体积小、损耗低，符合光电子器件高度集成化的要求。

Description

一种特殊Y分支型弯曲结构的1x16光分路器

技术领域

本发明涉及无源光分路器，具体涉及一种特殊Y分支型弯曲结构的1x16光分路器。

背景技术

随着用户对信息需求的增加以及数码产品的普及，以铜缆为基础的通信网络正逐步被光通信网络代替。光通信网络的完善和发展依赖于有源和无源光器件性能的提高。其中，无源光分路器是无源光网络中连接光线路终端和光网络单元的核心光器件。传统的Y分支波导结构在分支点附近存在模式转换和辐射损耗，只有在分支角很小的情况下才可忽略不计，这样就造成分路器拉的很长，器件的结构不紧凑。

发明内容

本发明的目的是提供一种特殊Y分支型弯曲结构的1x16光分路器，以解决传统1x16光分路器存在的体积大、损耗高的缺点。

为达到上述目的，本发明提供的一种特殊Y分支型弯曲结构的1x16光分路器，所述1x16光分路器为轴对称结构，整体长度Z＝35000μm，每两个相邻输出波导的间距X_θ＝127μm，输入波导和输出波导的截面均为6μm×6μm的矩形；

由于为轴对称结构，其左半边的参数设计如下：

各节点的纵坐标如下：

Z_a＝25538μm,Z_b＝25444μm,Z_c＝25280μm,Z_d＝24617μm；

Z_e＝23869μm,Z_f＝23048μm,Z_g＝24376μm,Z_h＝24732μm。

Z_A＝8000μm,

各节点间的直线或弧线的弧度如下：

rad(AA₁)＝0°～-2°,rad(B₁A₂₁)＝-2°～-3.8°,rad(B₁A₂₂)＝-2°～-1°,

rad(B₂₁A₃₁)＝-3.8°～-4.95°,rad(B₂₁A₃₂)＝-3.8°～-2.8°,rad(B₂₂A₃₃)＝-1°～-2°,

rad(B₂₂A₃₄)＝-1°～0°,rad(B₃₁A₄₁)＝-4.95°～-5.95°,rad(B₃₁A₄₂)＝-4.95°～-3.95°,

rad(B₃₂A₄₃)＝-2.8°～-3.8°,rad(B₃₂A₄₄)＝-2.8°～-1.8°,rad(B₃₃A₄₅)＝-2°～-3°,

rad(B₃₃A₄₆)＝-2°～-1°,rad(B₃₄A₄₇)＝0°～-1°,rad(B₃₄A₄₈)＝0°～1°。

其中：

Z表示纵坐标，即节点距离x＝0轴的纵向距离；Z下标表示光分路器中各节点编号，带下标的Z即下标所代表节点的纵坐标；

rad表示相邻节点间的直线或弧线的弧度；

节点a、b、c、d、e、f、j、h依次为从左到右的各Y分支上输出端口所在直线与相邻曲线的切点；

节点A为输入端口所在直线与相邻曲线的切点；

其他节点均为各直线段与两端的曲线段的切点。

进一步的，所述Y分支的分支角不大于2度。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明1x16光分路器具有工作波长宽、可靠性高、插入损耗低的特点；同时，还具有体积小、结构简单、均匀性好、易于制造的优点。

本发明1x16光分路器在体积小的前提下，能确保高可靠性、低损耗、高通光效率，符合目前电子器件的高度集成化要求，扩展了1x16光分路器的应用领域。

附图说明

图1是传统1x16光分路器的结构示意图；

图2是本发明实施例中1x16光分路器的工艺示意图；

图3～4是本发明实施例中1x16光分路器的整体结构示意图；

图5是本发明实施例中1x16光分路器的局部结构放大示意图；

图6是使用光学仿真软件rsoft BPM对实施例中1x16光分路器进行仿真的结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1所示为传统1x16光分路器的结构示意图，其主要存在问题是输入端口和输出端口之间的距离要求长，导致光分路器整体长度长，难以达到目前光电子器件高度集成化的要求。本发明就是为了解决传统1x16光分路器存在的上述问题，提出了本发明1x16光分路器，该1x16光分路器体积小、损耗低，符合光电子器件高度集成化的要求。

本实施例1x16光分路器采用离子交换工艺加工制作，参见图2，步骤如下：

(1)用超声清洗仪将玻璃基片清洗干净，并在无尘的环境中将其烘干；

(2)用硝酸钾溶液作为离子交换源，在220℃～280℃下烘烤5小时除去硝酸钾溶液中水分，再升温至交换温度350℃～480℃，将清洁的玻璃基片放入熔融的交换源中进行离子交换10小时，经过离子交换后的玻璃基片表面形成一层厚度4μm～10μm的离子交换层，即光波导层，光波导层的折射率升高0.008～0.011。

(3)匀胶：

在光波导层表面匀胶，匀涂的抗蚀剂厚度为2μm。

(4)光刻：

在涂有抗蚀剂的波导层表面采用掩膜、曝光、显影的方法制作出光分路器的图案。

(5)干式腐蚀：

将抗蚀剂作为腐蚀的保护层，采用离子束溅射的方法把没有抗蚀剂保护的光波导层腐蚀掉，刻蚀深度为8μm。

(6)除胶：

通过选择性溶液或剥离的方法将抗蚀剂从波导层表面去除。

(7)淀积：

采用等离子体增强化学气相淀积的方法，在刻蚀后的波导层表面淀积一层SiO₂层，厚度为10μm，形成掩埋型光分路器。

通过上述步骤制作出1x16光分路器。减少加工成本，基底材料可选用硅基厚度6μm的SiO₂层，即用硅基替换上述的玻璃基片。

图3～4所示为本实施例1x16光分路器的整体结构示意图，其为轴对称结构。图5示出了本实施例1x16光分路器左半边的结构及设计尺寸。为适应实际应用要求，设计尺寸时，要求光分路器Y分支结构的分支角在5度以内，相邻输出端口间距固定为127μm。当分支角超过5度时，光在波导中传播会发生泄漏，从而导致光分路器的通光效率极低。本实施例1x16光分路器，分支角低于2度。

由于输入波导的长度X_input基于晶圆中光分路器的布置数量增多而缩短，本实施例以X_input＝8000μm为例，对1x16光分路器的尺寸参数如下：

光分路器整体长度Z＝35000μm，每两个相邻输出波导的间距X_θ＝127μm，输入波导和输出波导的截面均为6μm×6μm的矩形。

Y分支型弯曲结构上各节点的纵坐标如下：

Z_a＝25538μm,Z_b＝25444μm,Z_c＝25280μm,Z_d＝24617μm；

Z_e＝23869μm,Z_f＝23048μm,Z_g＝24376μm,Z_h＝24732μm。

Z_A＝8000μm,

其中：Z表示纵坐标，即节点距离x＝0轴的纵向距离，x＝0轴过分路器的输入端口且与输入端口所在直线垂直；Z下标表示光分路器中各节点编号，带下标的Z即下标所代表节点的纵坐标。

图3中节点间直线或弧线的弧度如下：

rad(AA₁)＝0°～-2°,rad(B₁A₂₁)＝-2°～-3.8°,rad(B₁A₂₂)＝-2°～-1°,

rad(B₂₁A₃₁)＝-3.8°～-4.95°,rad(B₂₁A₃₂)＝-3.8°～-2.8°,rad(B₂₂A₃₃)＝-1°～-2°,

rad(B₂₂A₃₄)＝-1°～0°,rad(B₃₁A₄₁)＝-4.95°～-5.95°,rad(B₃₁A₄₂)＝-4.95°～-3.95°,

rad(B₃₂A₄₃)＝-2.8°～-3.8°,rad(B₃₂A₄₄)＝-2.8°～-1.8°,rad(B₃₃A₄₅)＝-2°～-3°,

rad(B₃₃A₄₆)＝-2°～-1°,rad(B₃₄A₄₇)＝0°～-1°,rad(B₃₄A₄₈)＝0°～1°。

其中：rad表示弧度。

需要说明的是，节点a、b、c、d、e、f、j、h依次为从左到右的各Y分支上输出端口所在直线端与相邻曲线段的切点；A为输入端口所在直线段与相邻曲线段的切点；其他节点均为各直线段与两端的曲线段的切点。A_iB_j为一直线段，i、j表示编号，当A_iB_j表示直线段时，i＝j，其同时与其两端的曲线段相切，切点分别为A_i和B_j。例如，直线段A₁B₁分别与两端的曲线段A A₁、B₁A₂₁相切，切点分别为A₁、B₁。

为便于理解，分别采用文字对图5中各节点位置做进一步描述：

输入端口上设节点A，基于输入端口的第一级分叉上的节点依次记为A₁、B₁；从第一级分叉分出的第二级分叉，左侧的第二级分叉上的节点依次记为A₂₁、B₂₁，右侧的第二级分叉上的节点依次记为A₂₂、B₂₂。从左侧和右侧的第二级分叉分出的第三级分叉，最左侧的第三级分叉上的节点依次记为A₃₁、B₃₁，次左侧的第三级分叉上的节点依次记为A₃₂、B₃₂，次右侧的第三级分叉上的节点依次记为A₃₃、B₃₃，最右侧的第三级分叉上的节点依次记为A₃₄、B₃₄。从第三级分叉分出的第四级分叉，其上的节点记为A_4a、B_4a，其中，分叉从左到右，a依次取1、2、3、4、5、6、7、8。

采用光学仿真软件rsoft BPM对实施例1x16光分路器左半边的8个输出端口进行仿真，获得8个输出端口的归一化输出功率，见图6所示，其中，纵坐标表示为输出端口的归一化功率，横坐标表示光分路器的长度。从图6中可以看出，输出端口的归一化功率基本均匀。

对于本领域内的技术人员，在上述说明基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明实质精神而衍生出的其他变化或变动仍属于本发明保护范围。

Claims (2)

1.一种特殊Y分支型弯曲结构的1x16光分路器，其特征是：

所述1x16光分路器为轴对称结构，整体长度Z＝35000μm，每两个相邻输出波导的间距X_θ＝127μm，输入波导和输出波导的截面均为6μm×6μm的矩形；

由于为轴对称结构，其左半边的参数设计如下：

各节点的纵坐标如下：

Z_a＝25538μm,Z_b＝25444μm,Z_c＝25280μm,Z_d＝24617μm；

Z_e＝23869μm,Z_f＝23048μm,Z_g＝24376μm,Z_h＝24732μm；

Z_A＝8000μm,

各节点间的直线或弧线的弧度如下：

rad(AA₁)＝0°～-2°,rad(B₁A₂₁)＝-2°～-3.8°,rad(B₁A₂₂)＝-2°～-1°,

rad(B₂₁A₃₁)＝-3.8°～-4.95°,rad(B₂₁A₃₂)＝-3.8°～-2.8°,rad(B₂₂A₃₃)＝-1°～-2°,

rad(B₂₂A₃₄)＝-1°～0°,rad(B₃₁A₄₁)＝-4.95°～-5.95°,rad(B₃₁A₄₂)＝-4.95°～-3.95°,

rad(B₃₂A₄₃)＝-2.8°～-3.8°,rad(B₃₂A₄₄)＝-2.8°～-1.8°,rad(B₃₃A₄₅)＝-2°～-3°,

rad(B₃₃A₄₆)＝-2°～-1°,rad(B₃₄A₄₇)＝0°～-1°,rad(B₃₄A₄₈)＝0°～1°；

其中：

Z表示纵坐标，即节点距离x＝0轴的纵向距离；Z下标表示光分路器中各节点编号，带下标的Z即下标所代表节点的纵坐标；

rad表示相邻节点间的直线或弧线的弧度；

节点a、b、c、d、e、f、j、h依次为从左到右的各Y分支上输出端口所在直线与相邻曲线的切点；

节点A为输入端口所在直线与相邻曲线的切点；

其他节点均为各直线段与两端的曲线段的切点；

A_iB_j为一直线段，i、j表示编号，当A_iB_j表示直线段时，i＝j，其同时与其两端的曲线段相切，切点分别为A_i和B_j。

2.如权利要求1所述的特殊Y分支型弯曲结构的1x16光分路器，其特征是：

所述Y分支的分支角不大于2度。

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