CN115715376A - 光学模式分路器 - Google Patents

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Abstract

一种分路器。在一些实施方案中，所述分路器包括：输入波导；第一输出波导；第二输出波导；第一内部波导，所述第一内部波导连接到所述输入波导和所述第一输出波导；以及第二内部波导，所述第二内部波导耦合到所述第一内部波导并且连接到所述第二输出波导。所述分路器可被配置成当在所述输入波导处在所述输入波导的基本模式下被馈送电力或在所述输入波导的一阶空间模式下被馈送电力时：将所述基本模式下的所述电力的至少80％传输到所述第一输出波导，并且将所述一阶空间模式下的所述电力的至少80％传输到所述第二输出波导。

Description

光学模式分路器
技术领域
根据本公开的实施方案的一个或多个方面涉及用于引导光的结构，并且更确切来说涉及一种光学波导分路器。
背景技术
在各种应用中，可通过多模式波导(即，能够在每一偏振状态下引导多于一个横向或“空间”模式的波导)来引导光，并且所述多模式波导可有利于分离不同的空间模式以使得其在不同的路径上传播。
用于分离不同空间模式的分路器或“模式分路器”可被构造为不对称的Y接头，在所述Y接头处宽输入波导(多模式波导)分离成两个输出波导，一个输出波导比另一个输出波导宽。然而，由于一些制作工艺的限制，在Y处所述输出波导之间的间隙可能是有限的(例如，0.5微米宽)，进而导致不连续性，而所述不连续性可造成性能降低。
因此，需要用于根据空间模式分离输入光学信号的波导分路器。
发明内容
根据本发明的实施方案，提供一种分路器，所述分路器包括：输入波导；第一输出波导；第二输出波导；第一内部波导，所述第一内部波导连接到所述输入波导和所述第一输出波导；以及第二内部波导，所述第二内部波导耦合到所述第一内部波导并且连接到所述第二输出波导，所述分路器被配置成当在所述输入波导处在所述输入波导的基本模式下被馈送电力或在所述输入波导的一阶空间模式下被馈送电力时：将所述基本模式下的所述电力的至少80％传输到所述第一输出波导，并且将所述一阶空间模式下的所述电力的至少80％传输到所述第二输出波导。
在一些实施方案中，所述分路器包括：解耦区；以及过渡区，所述过渡区位于所述解耦区与所述输入波导之间，所述第一内部波导与所述第二内部波导之间的间隔：在所述解耦区中的第一点处小于2微米并且在所述解耦区中的第二点处大于2微米，并且所述第一内部波导与所述第二内部波导之间的所述间隔在所述过渡区中的任何地方均小于2微米。
在一些实施方案中，所述第一内部波导在所述过渡区中的第一点处具有第一宽度，并且在所述过渡区中的第二点处具有第二宽度，所述过渡区中的所述第二点比所述过渡区中的所述第一点更靠近所述解耦区，并且所述第二宽度小于所述第一宽度。
在一些实施方案中，所述第二内部波导：在所述过渡区中的所述第一点处具有第一宽度，并且在所述过渡区中的所述第二点处具有第二宽度，并且所述第二宽度大于所述第一宽度。
在一些实施方案中，在所述解耦区中的所述第二点处，所述第一内部波导具有第一宽度，并且所述第二内部波导具有第二宽度，所述第二宽度小于所述第一宽度。
在一些实施方案中，在所述解耦区中，所述第一内部波导的最小宽度大于所述第二内部波导的最大宽度。
在一些实施方案中，所述第一内部波导在所述过渡区中是渐缩的，并且所述第一内部波导的全锥角小于0.01弧度。
在一些实施方案中，所述第二内部波导在所述过渡区中是渐缩的，并且所述第二内部波导的全锥角小于0.01弧度。
附图说明
参考说明书、权利要求书和附图将了解并且理解本公开的这些和其他特征以及优点，在附图中：
图1是根据本公开的实施方案的空间模式分路器的示意图；
图2A图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图2B图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图2C图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图3A图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图3B图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图3C图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图4A图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图4B图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图4C图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图4D图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图5A图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图5B图解说明本公开的实施方案中的强度图案；
图5C图解说明本公开的实施方案中的强度图案；并且
图5D图解说明本公开的实施方案中的强度图案。
具体实施方式
下文结合附图陈述的详细描述旨在描述根据本公开提供的光学耦合器的示例性实施方案，并不旨在表示可构造或利用本公开的唯一形式。所述描述结合所图解说明的实施方案陈述本公开的特征。然而应理解，相同或等效的功能和结构可通过不同的实施方案来实现，所述不同的实施方案也旨在囊括在本公开的范围内。如本文中别处所标示，相似的元件编号旨在指示相似的元件或特征。
参考图1，在一些实施方案中，空间模式分路器具有输入波导105和两个输出波导，即第一输出波导110和第二输出波导115。输入波导105是多模式波导，所述多模式波导能够引导基本模式(可被称为TE00模式和TM00模式)以及第一高阶模式(可被称为TE10模式和TM10模式)，输出波导中的每一者可以是仅能够引导两个基本模式的单模式波导。一个输出波导宽于另一个输出波导，因此两个波导的模式不会衰退。
空间模式分路器可包括连接到第一输出波导110的第一内部波导120和连接到第二输出波导115的第二内部波导125。波导(输入波导、输出波导和内部波导)中的每一者可以是例如条状波导或带状波导。在过渡区130(在图1中位于第一参考平面S1与第二参考平面S2之间)中，第一内部波导120可足够接近第二内部波导125以使得波导之间的易消散耦合很明显。在一些实施方案中，波导之间的间隔或间隙是可通过所采用的制作工艺可靠地制作出来的最小间隙，例如所述间隔或间隙可以是0.5微米的间隔。在过渡区130中，内部波导是渐缩的；第一内部波导120的宽度减小(在输入到输出的方向上)并且第二内部波导125的宽度增大(在输入到输出的方向上)，例如图1中所示。内部波导中的的每一者的全锥角(即，侧面之间的角度、或波导的中心线与任一侧之间的角度(可被称为“半锥角”)的双倍)可小于0.01弧度。对于任一偏振(例如，横电(TE)或横磁(TM))来说，基本模式(TE00或TM00)在过渡区130中绝热地演进成S2处的易消散耦合波导的对称超模式，并且一阶空间模式(TE10或TM10)在过渡区130中绝热地演进成S2处的易消散耦合波导的反对称超模式。在一些实施方案中，第一内部波导120与第二内部波导125之间的间隙可以是渐缩的(如图2B和图3B中所图解说明)；更一般来说，在图式中的任一者中被图解说明为具有恒定宽度的任何波导或波导之间的间隙在一些实施方案中可以是渐缩的。
在解耦区135(在图1中位于第二参考平面S2与第三参考平面S3之间)中，第一内部波导120与第二内部波导125之间的间隙增大(例如图1中所示)，以使得在第三参考平面S3处上述内部波导在很大程度上不再易消散地耦合。在解耦区135中，第二参考平面S2处的对称超模式和反对称超模式分别转换到第一内部波导120的基本模式和第二内部波导125的基本模式。在一些实施方案中，在基本模式中发射到输入波导105中的光的至少80％传输到第一输出波导110，并且在TE10模式中发射到输入波导105中的光的至少80％传输到第二输出波导115。使用沿着波导的绝热改变的原理，可理解空间模式分路器的操作。
对于任一偏振状态来说(例如，对于TE偏振状态来说)，可看到(如果第二内部波导125在第一参考平面S1处足够窄)，紧靠第一参考平面S1右侧的复合波导(由第一内部波导120和第二内部波导125组成)的本征模式与输入波导的本征模式大致相同。还可看到，在第三参考平面S3处，复合波导(由第一内部波导120和第二内部波导125组成)的两个最低阶本征模式是与第一内部波导120和第二内部波导125的相应基本模式对应的模式。在绝热原理成立的范围内(例如，如果所述渐缩具有足够的渐进性)，则可推测在输入波导的基本模式中进入空间模式分路器的光将传播到空间模式分路器的第一(较宽)输出波导110的基本模式，即总体结构的基本模式；并且在输入波导的一阶空间模式中进入空间模式分路器的光将传播到空间模式分路器的第二(较窄)输出波导115的基本模式，即总体结构的一阶模式。
图2A到图3C是具有示出恒定强度线的等值线的等值线曲线图。图2A、图2C、图3A和图3C示出(i)基本模式发射到输入波导1 05中的情形(在图2A和图2C中)以及(ii)TE10模式发射到输入波导105中的情形(在图3A和图3C中)的模拟模式图案。所示的模式图案是沿着传播方向在第一参考平面S1(图2A和图3A)处和第三参考平面S3(图2C和图3C)处截取的视图。图2B和图3B是过渡区1 30中的强度图案的俯视图，所述强度图案分别是在(i)基本模式发射到输入波导105中和(ii)TE10模式发射到输入波导105中而产生。
图4A到图5D示出复合波导(由第一内部波导120和第二内部波导125组成)的基本本征模式(图4A到图4D)和一阶本征模式(图5A到图5D)在第一参考平面S1(图4A和图5A)处、在第一中间平面处、在第一参考平面S1与第二参考平面S2之间以及更靠近第一参考平面S1(图4B和图5B)处、在第二中间平面处、在第一参考平面S1与第二参考平面S2之间以及更靠近第二参考平面S2(图4C和图5C)处以及在第二参考平面S2(图4D和图5D)处的强度图案。
空间模式分路器是互反的，并且术语“输入端”和“输出端”在本文中仅用于区分不同的端口，所述端口中的每一者通常可周作输入端或输出端。如本文中所使用，当不易消散波可从一个波导传播到另一个波导时，两个波导是“连接的”。如本文中所使用，当两个波导的核心物理接合时，所述波导是“连接的”。如本文中所使用，当光学功率可通过易消散耦合从一个波导传送到另一个波导时，两个波导是“耦合的”。如本文中所使用，词语“或”是包含性的，因此例如“A或B”意指(i)A、(ii)B以及(iii)A与B中的任一者。
尽管本文中已具体描述并且图解说明了光学耦合器的示例性实施方案，但本领域技术人员将明白诸多修改和变化。因此应理解，根据本公开的原理而构造的光学耦合器可体现为除本文中具体描述的形式之外的形式。本发明也在以下权利要求书及其等效形式中界定。

Claims (8)

1.一种分路器，所述分路器包括：
输入波导；
第一输出波导；
第二输出波导；
第一内部波导，所述第一内部波导连接到所述输入波导和所述第一输出波导；以及
第二内部波导，所述第二内部波导耦合到所述第一内部波导并且连接到所述第二输出波导，
所述分路器被配置成当在所述输入波导处在所述输入波导的基本模式下被馈送电力或在所述输入波导的一阶空间模式下被馈送电力时：
将所述基本模式下的所述电力的至少80％传输到所述第一输出波导，并且
将所述一阶空间模式下的所述电力的至少80％传输到所述第二输出波导。
2.如权利要求1所述的分路器，所述分路器包括：
去耦区；以及
过渡区，所述过渡区位于所述去耦区与所述输入波导之间，
所述第一内部波导与所述第二内部波导之间的间隔：
在所述去耦区中的第一点处小于2微米，并且
在所述去耦区中的第二点处大于2微米，并且
所述第一内部波导与所述第二内部波导之间的所述间隔在所述过渡区中的任何地方均小于2微米。
3.如权利要求2所述的分路器，其中所述第一内部波导：
在所述过渡区中的第一点处具有第一宽度，并且
在所述过渡区中的第二点处具有第二宽度，
所述过渡区中的所述第二点比所述过渡区中的所述第一点更靠近所述去耦区，并且
所述第二宽度小于所述第一宽度。
4.如权利要求2所述的分路器，其中所述第二内部波导：
在所述过渡区中的所述第一点处具有第一宽度，并且
在所述过渡区中的所述第二点处具有第二宽度，并且
所述第二宽度大于所述第一宽度。
5.如权利要求2所述的分路器，其中在所述去耦区中的所述第二点处，所述第一内部波导具有第一宽度，并且所述第二内部波导具有第二宽度，所述第二宽度小于所述第一宽度。
6.如权利要求5所述的分路器，其中在所述去耦区中，所述第一内部波导的最小宽度大于所述第二内部波导的最大宽度。
7.如权利要求2所述的分路器，其中所述第一内部波导在所述过渡区中渐缩，并且所述第一内部波导的全锥角小于0.01弧度。
8.如权利要求2所述的分路器，其中所述第二内部波导在所述过渡区中渐缩，并且所述第二内部波导的全锥角小于0.01弧度。
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