CN117008249B - 一种铌酸锂波分复用器及光信号复用方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种铌酸锂波分复用器及光信号复用方法，包括耦合波导，在耦合波导的一端连接有用于接收光信号的输入波导，在耦合波导的另一端连接有用于输出光信号的输出波导，输入波导、耦合波导以及输出波导呈直线排布；输出波导包括用于输出不同波长的光信号的直通输出波导、交叉输出波导。通过使用直型多模波导，避免了在其他类型的波分复用器件中使用的弯曲波导，弯曲波导引起的模式杂化是限制TFLN这种各向异性材料波导高度集成化的一个重要因素，而且相比传统的MMI设计理念，仅需确定一种波长的耦合长度，通过对器件结构进行精心设计，即可实现对输入光信号的高性能传输，这种设计方法可大大降低器件占用面积，降低工艺成本。
Description
技术领域
本申请涉及集成光学领域，具体涉及一种铌酸锂波分复用器及光信号复用方法。
背景技术
在过去的几十年中，光子集成电路(PIC)引起了广泛的研究兴趣，它能够以可扩展的方式在单个芯片上集成有源和无源光学元件，许多PIC平台，如绝缘体上硅(SOI)、氮化硅(SiN)和磷酸铟(InP)，已被广泛探索应用于光子集成。铌酸锂(LN)由于具有宽透明窗口、强电光效应、大的非线性系数等优点，被广泛应用于各种有源光学元件的研究，最近，薄膜铌酸锂(TFLN)由于能够在LN上支持亚微米尺寸的波导而引起了广泛关注，与块状LN相比，TFLN可以使光学元件更紧凑，且超低损耗TFLN波导的相关工艺也逐渐成熟，因此，TFLN被认为是未来光通信最有前途的PIC平台之一。
关于TFLN有源器件的研究非常广泛，但仍有许多无源器件值得探索，例如波分复用(WDM)器件。将WDM与LN电光调制器结合，可以构建数据中心光通信的重要组成部分-多通道、多波长发射芯片，关于片上WDM器件的研究有多种，包括马赫曾德尔干涉仪(MZI)、定向耦合器、光栅耦合器、布拉格光栅和多模干涉（MMI）耦合器，在这些设计方法中，MMI耦合器具有大带宽、制作简单、工艺容差大等优势，这使得MMI耦合器成为研究WDM强有力的解决方案。
在传统的MMI设计中，为了实现多波长分离输出，根据自成像条件MMI设计长度需同时满足不同波长输出条件，因此，MMI器件的长度一般是波长的几个奇数倍或偶数倍长，且由于TFLN折射率差较低，为实现多波长分束功能，整个器件的尺寸非常大，不利于器件的高度集成。
发明内容
本申请提出了一种铌酸锂波分复用器及光信号复用方法，通过设计非对称波导结构，相比传统设计方法，可在实现波长分束的同时减小器件尺寸，降低加工成本、达到高度集成化。
第一方面，提出了一种铌酸锂波分复用器，所述铌酸锂波分复用器，包括：
耦合波导，在所述耦合波导的一端连接有用于接收光信号的输入波导，在所述耦合波导的另一端连接有用于输出光信号的输出波导，所述输入波导、所述耦合波导以及所述输出波导呈直线排布；
所述输出波导包括用于输出不同波长的所述光信号的直通输出波导、交叉输出波导。
在其中的一些实施例中，所述铌酸锂波分复用器，包括：
所述直通输出波导与所述输入波导位于同一水平方向。
在其中的一些实施例中，所述铌酸锂波分复用器包括：
控制第一波长的光信号、第二波长的光信号从所述输入波导输入；
所述第一波长的光信号从所述交叉输出波导输出，所述第二波长对应的光由于不满足耦合条件直接从所述直通输出波导输出。
在其中的一些实施例中，所述铌酸锂波分复用器，包括：
基于多模干涉仪自成像原理，所述输出光信号的成像位置由所述耦合波导对应的耦合波长决定，所述耦合波导的长度满足如下公式（1）：
公式（1）；
其中，表示入射波导模式的有效折射率，/>表示耦合波导的宽度，/>表示所述耦合波导对应的耦合波长。
在其中的一些实施例中，所述铌酸锂波分复用器，包括：
所述铌酸锂波分复用器包括衬底与上包层，在所述衬底与所述上包层之间设有波导层。
在其中的一些实施例中，所述铌酸锂波分复用器，包括：
所述衬底与所述上包层的厚度为2μm，所述波导层厚度为600nm，刻蚀深度为300nm，所述衬底与所述上包层的厚度、所述波导层厚度、所述刻蚀深度的设置符合工艺加工需求。
在其中的一些实施例中，所述铌酸锂波分复用器，包括：
所述输入波导、所述直通输出波导、所述交叉输出波导的截面为梯形结构。
在其中的一些实施例中，所述铌酸锂波分复用器，包括：
所述输入波导的顶端宽度为1.2μm，所述输入波导的底端宽度为3μm。
第二方面，提出了一种铌酸锂波分复用器的光信号复用方法，所述光信号复用方法包括：
接收输入的光信号，在所述光信号中选取一个波长作为耦合波长，计算与所述耦合波长对应的耦合波导长度；
设定输入波导初始值、直通输出波导初始值及交叉输出波导的初始值；
分别设定输出光信号中对应所述耦合波长的最终透射值T1，以及对应非耦合波长最终透射值T2；
在符合工艺要求的前提下，对所述耦合波导宽度进行优化，计算与所述耦合波长对应的耦合波导长度；
在符合工艺要求的前提下，对所述输入波导初始值、所述交叉输出波导初始值进行优化，令所述耦合波长的透射效果达到最优投射值T1`，对所述直通输出波导参数进行优化，令所述非耦合波长透射效果达到最优投射值T2`；
判断所述最优投射值T1`、所述最优投射值T2`与最终透射值T1、T2的关系，若T1`≥T1且T2`≥T2，则得到最优结构参数。
在其中的一个实施例中，所述光信号复用方法包括：
若T1`<T1或T2`<T2，则重新执行参数优化流程。
相比于相关技术，本申请实施例提供的铌酸锂波分复用器及光信号复用方法，该器件的关键部分仅仅是一个直型多模波导，避免了在其他类型的波分复用器件中使用的弯曲波导，弯曲波导引起的模式杂化是限制TFLN这种各向异性材料波导高度集成化的一个重要因素，选择了一种波长的耦合长度，对器件的波导宽度进行不对称设计，以实现对另一波长的分束，这种设计方法可大大降低器件占用面积，仅使用单刻蚀工艺就可实现，显著降低工艺成本。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
图1为本申请实施例提出的一种铌酸锂波分复用器的结构图；
图2给出了本申请实施例所提供的铌酸锂波分复用器结构侧面图；
图3给出了本申请实施例所提供的MMI波导结构二维示意图；
图4(a)给出了本申请实施例所提供的耦合长度400μm时波长1550nm和的场演化图；
图4(b)给出了本申请实施例所提供的耦合长度400μm时波长1310nm的场演化图；
图5给出了本申请实施例所提供的损耗在波长1310nm、1550nm处随波导宽度的变化规律；
图6(a)给出了本申请实施例所提供的优化前波长1310nm的场演化图；
图6(b)给出了本申请实施例所提供的优化后波长1310nm的场演化图；
图7给出了本申请实施例提供的一种铌酸锂波分复用器的光信号复用方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块（单元）的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
本申请实施例提出了一种铌酸锂波分复用器，如图1所示，铌酸锂波分复用器10，包括：
耦合波导12，在耦合波导的一端连接有用于接收光信号的输入波导14，在耦合波导12的另一端连接有用于输出光信号的输出波导16，输入波导14、耦合波导12以及输出波导16呈直线排布。
在实施中，本申请实施例提出的铌酸锂波分复用器包括输入波导14、耦合波导12及输出波导16三部分。铌酸锂波分复用器整体结构如图2所示，包括衬底与上包层，在衬底与上包层之间设有波导层。波导层高度为H1，刻蚀深度为H2，衬底与上包层均为二氧化硅SiO2，厚度分别为H3、H4。典型的，衬底与上包层的厚度为2μm，波导层厚度为600nm，刻蚀深度为300nm。
具体的如图3所示，输出波导16包括用于输出不同波长的光信号的直通输出波导162、交叉输出波导164。输入波导14、直通输出波导162、交叉输出波导164的截面为梯形结构。为了便于说明，本实施例中将输入波导14、直通输出波导162、交叉输出波导164长度较小的端面成为顶端，长度较大的称为底端。
输入波导为梯形结构，底端宽度分别为W1，W2，长度为L1，输出波导有两部分，分别为直通输出波导162、交叉输出波导164，底端宽度分别为W5，W3，长度为L3、L2，顶端宽度分别为W6，W4，用于输出不同波长。
典型的，输入波导14的顶端宽度为1.2μm，输入波导14的底端宽度为3μm。交叉输出波导底端宽度3μm，顶端宽度1.2μm，直通输出波导底端宽度W5为变量，顶端宽度W6为1.2μm，中间耦合波导宽度为W0，长度为L0，本实施例为方便描述，设置中间耦合波导宽度为9μm，但应注意的是耦合波导12的宽度并不局限于该值。
其中，直通输出波导162与输入波导14位于同一水平方向。即与输入波导14位于同一水平方向的输出端口定义为直通输出波导162，另一输出端口则定义为交叉输出波导164。
在实际使用过程中，控制第一波长的光信号、第二波长的光信号从输入波导14中下部端口输入，第一波长的光信号从交叉输出波导164输出，第二波长对应的光由于不满足耦合条件直接从直通输出波导162输出。
基于多模干涉仪自成像原理，所述输出光信号的成像位置由所述耦合波导对应的耦合波长决定，所述耦合波导的长度满足如下公式（1）：
公式（1）；
其中，表示入射波导模式的有效折射率，/>表示耦合波导的宽度，/>表示所述耦合波导对应的耦合波长。
本申请实施例提出的铌酸锂波分复用器，根据公式（1）的原理，选择其中一个波长(i=1,2)，根据多模干涉仪自成像原理，可以得到波长/>满足成像条件的波导长度，波长/>从输入波导端口输入，设计满足/>耦合长度，波长/>从交叉端口输出，另一波长由于不满足耦合条件直接从直通端口输出。对器件的波导宽度进行不对称设计，以实现对另一波长的低损耗传输，这种设计方法可大大降低器件占用面积，仅使用单刻蚀工艺就可实现，显著降低工艺成本。
对于传统的MMI设计理念，为了实现波长分束，MMI的设计需要同时考虑这些波长的耦合长度之间的差异，整个器件的长度必须与不同波长之间的耦合长度相匹配，但同时可以看到，这种设计方法增加了整体器件的尺寸，本申请提出一种新的设计方法，没有在两种波长的共同自成像长度上设计MMI，而是只选择了一种波长/>(i=1或2)的耦合长度，然后，对器件的波导宽度进行不对称设计，以实现对另一波长的分束，这种设计方法可大大降低器件占用面积，降低工艺成本。
本申请实施例提出了一种铌酸锂波分复用器，因为铌酸锂是一种各向异性材料，与传统的各向同性材料波导相比，薄膜铌酸锂波导表现出特有的模式性能，在90度弯曲波导中，会有明显的模式杂化，导致两个极化模式之间的显著耦合，这成为限制TFLN波导高度集成化的一个重要因素，而这种现象对于各项同性材料的波导是不存在的，因此，采用阵列波导光栅、平面凹光栅、MZI结构等传统的波分复用器件在TFLN平台上难以设计，本申请提出一种结构简单的MMI结构波分复用器件，该器件的关键部分是一个直的多模波导，不涉及任何弯曲波导，虽然基于MMI的波分复用器件已经在各项同性材料平台进行了相关研究，但在TFLN平台上对相关研究较少，此外，本申请提出一种新的设计原理，通过设计非对称波导结构，相比传统设计方法，可在实现波长分束的同时减小器件尺寸，降低加工成本、达到高度集成化，本申请由于易加工、易设计和小型化的特点，可以实现LNLN平台上完全集成化的发射芯片，对于推动铌酸锂片上集成产业化发展有积极的作用，具有较大的市场前景和产业化前景，占领技术制高点。
其中，选择1310nm/1550nm的通信波长作为输入波长，但不局限于该波长，中间耦合波导长度根据特征模展开求解器计算波长1550nm波长下的耦合长度，相比自成像耦合长度计算公式，该方法可以更快速的得到耦合长度与不同输出端口透射情况，且与理论计算结果一致，耦合长度约为400μm，分别计算波长1550nm和波长1310nm的场演化图，如图4(a)、图4(b)所示，同时计算波长1310nm和1550nm的输出损耗，发现波长1310nm透射率只有50%左右，即插损为2.8dB左右，波长1550nm的插损为0.57dB左右，为降低波长1310nm的输出损耗，即提高波长1310nm在直通端口处的透射率，进一步对直通端口处输出波导宽度进行优化，如图5所示，经过优化，改变输出波导宽度，可以将损耗降低至1.2dB左右，且对波长1550nm处的输出损耗几乎无影响，此外，从曲线图可以看出，随着输出波导宽度的增加，损耗呈下降趋势，因此可推测，若进一步增大输出波导宽度，损耗依旧会下降，因此，若选择合适的耦合波导宽度，进一步优化输出波导宽度，可以实现更低损耗，为更加清楚地阐述输出波导宽度优化对损耗的影响，本实施例进一步给出优化前后波长1310nm的电场分布图，基于图6(a)所示的优化前的场演化图以及图6(b)所示的优化后的场演化图，可以发现相比优化前，优化后的电场在直通端口处更加集中，这也说明了直通端口处1310nm波长的光透射率增强。
本申请设计了一种直波导型MMI波分复用器件，避免了弯曲波导引起的模式杂化对TFLN各向异性材料波导高度集成化的限制，并提出一种新的设计方法，只选择了一种波长的耦合长度，对器件的宽度进行不对称设计，以实现对另一波长的分束，这种设计方法可大大降低器件占用面积，降低工艺成本。将所设计器件与高速电光调制器、激光器进一步集成，可以实现TFLN上完全集成的WDM发射芯片。
本申请实施例还提出了一种铌酸锂波分复用器的光信号复用方法，如图7所示，光信号复用方法包括：
步骤S71，接收输入的光信号，在所述光信号中选取一个波长作为耦合波长，计算与所述耦合波长对应的耦合波导长度。
步骤S72，设定输入波导初始值、直通输出波导初始值及交叉输出波导的初始值。
步骤S73，分别设定输出光信号中对应所述耦合波长的最终透射值T1，以及对应非耦合波长最终透射值T2。
步骤S74，在符合工艺要求的前提下，对所述耦合波导宽度进行优化，计算与所述耦合波长对应的耦合波导长度。
步骤S75，在符合工艺要求的前提下，对所述输入波导初始值、所述交叉输出波导初始值进行优化，令所述耦合波长的透射效果达到最优投射值T1`，对所述直通输出波导参数进行优化，令所述非耦合波长透射效果达到最优投射值T2`。
步骤S76，判断所述最优投射值T1`、所述最优投射值T2`与最终透射值T1、T2的关系，若T1`≥T1且T2`≥T2，则得到最优结构参数。
在实施中，此处所实施的光信号复用方法，具体为：
（1）接收输入光信号，在输入光信号中选取一个波长作为耦合波长。
（2）设定耦合波导宽度初始值。
（3）计算与耦合波长对应的耦合波导的长度。
（4）将输入波导、直通输出波导、交叉输出波导设定初始值。
（5）分别设定输出光信号中耦合波长和非耦合波长的最终透射值T1，T2。
（6）符合工艺要求的前提下，利用优化算法优化耦合波导宽度，并计算耦合波长对应的耦合波导的长度。
（7）符合工艺要求的前提下，利用优化算法优化输入波导、交叉输出波导参数，使耦合波长的透射效果达到最优T1`。
（8）符合工艺要求的前提下，利用优化算法优化直通输出波导参数，使非耦合波长透射效果最优，为T2`。
（9）判断T1`、T2`与最终透射值T1、T2的关系，若T1`≥T1且T2`≥T2，则得到最优结构参数，否则返回步骤（6）重新优化，直至达到目标值。
应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random AccessMemory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种铌酸锂波分复用器，其特征在于，所述铌酸锂波分复用器，包括：
耦合波导，在所述耦合波导的一端连接有用于接收光信号的输入波导，在所述耦合波导的另一端连接有用于输出光信号的输出波导，所述输入波导、所述耦合波导以及所述输出波导呈直线排布；
所述输出波导包括用于输出不同波长的所述光信号的直通输出波导、交叉输出波导；
基于所述的铌酸锂波分复用器，还包括光信号复用方法，包括：
接收输入的所述光信号，在所述光信号中选取一个波长作为耦合波长，计算与所述耦合波长对应的耦合波导长度；
设定输入波导初始值、直通输出波导初始值及交叉输出波导的初始值；
分别设定所述输出光信号中对应所述耦合波长的最终透射值T1，以及对应非耦合波长最终透射值T2；
在符合工艺要求的前提下，对所述耦合波导宽度进行优化，计算与所述耦合波长对应的耦合波导长度；
在符合工艺要求的前提下，对所述输入波导初始值、所述交叉输出波导初始值进行优化，令所述耦合波长的透射效果达到最优投射值T1`，对所述直通输出波导参数进行优化，令所述非耦合波长透射效果达到最优投射值T2`；
判断所述最优投射值T1`、所述最优投射值T2`与最终透射值T1、T2的关系，若T1`≥T1且T2`≥T2，则得到最优结构参数；
若T1`<T1或T2`<T2，则重新执行参数优化流程。
2.根据权利要求1所述的铌酸锂波分复用器，其特征在于，所述铌酸锂波分复用器，包括：
所述直通输出波导与所述输入波导位于同一水平方向。
3.根据权利要求2所述的铌酸锂波分复用器，其特征在于，所述铌酸锂波分复用器包括：
控制第一波长的光信号、第二波长的光信号从所述输入波导输入；
所述第一波长的光信号从所述交叉输出波导输出，所述第二波长对应的光由于不满足耦合条件直接从所述直通输出波导输出。
4.根据权利要求2所述的铌酸锂波分复用器，其特征在于，所述铌酸锂波分复用器，包括：
基于多模干涉仪自成像原理，所述输出光信号的成像位置由所述耦合波导对应的耦合波长决定，所述耦合波导的长度满足公式（1）：
公式（1）；
其中，表示入射波导模式的有效折射率，/>表示耦合波导的宽度，/>表示所述耦合波导对应的耦合波长。
5.根据权利要求1所述的铌酸锂波分复用器，其特征在于，所述铌酸锂波分复用器，包括：
所述铌酸锂波分复用器包括衬底与上包层，在所述衬底与所述上包层之间设有波导层。
6.根据权利要求5所述的铌酸锂波分复用器，其特征在于，所述铌酸锂波分复用器，包括：
所述衬底与所述上包层的厚度为2μm，所述波导层厚度为600nm，刻蚀深度为300nm，所述衬底与所述上包层的厚度、所述波导层厚度、所述刻蚀深度的设置符合工艺加工需求。
7.根据权利要求1所述的铌酸锂波分复用器，其特征在于，所述铌酸锂波分复用器，包括：
所述输入波导、所述直通输出波导、所述交叉输出波导的截面为梯形结构。
8.根据权利要求7所述的铌酸锂波分复用器，其特征在于，所述铌酸锂波分复用器，包括：
所述输入波导的顶端宽度为1.2μm，所述输入波导的底端宽度为3μm。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102879858A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-01-16 | 江苏尚飞光电科技有限公司 | 具有光栅的单纤三向复用器 |
| CN103116202A (zh) * | 2013-03-08 | 2013-05-22 | 深圳大学 | 可见光合波器 |
| CN111399118A (zh) * | 2020-02-20 | 2020-07-10 | 浙江大学 | 一种基于薄膜铌酸锂波导的集成型偏振分束器 |
| CN112817091A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-18 | 中国科学院半导体研究所 | 一种马赫曾德尔干涉仪及多通道粗波分复用器 |
| CN115857091A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-03-28 | 合肥芯智华光子科技有限公司 | 一种铌酸锂薄膜mmi起偏分束器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0126621D0 (en) * | 2001-11-06 | 2002-01-02 | Univ Nanyang | A multimode interference (MMI) device |
-
2023
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102879858A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-01-16 | 江苏尚飞光电科技有限公司 | 具有光栅的单纤三向复用器 |
| CN103116202A (zh) * | 2013-03-08 | 2013-05-22 | 深圳大学 | 可见光合波器 |
| CN111399118A (zh) * | 2020-02-20 | 2020-07-10 | 浙江大学 | 一种基于薄膜铌酸锂波导的集成型偏振分束器 |
| CN112817091A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-18 | 中国科学院半导体研究所 | 一种马赫曾德尔干涉仪及多通道粗波分复用器 |
| CN115857091A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-03-28 | 合肥芯智华光子科技有限公司 | 一种铌酸锂薄膜mmi起偏分束器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| MMI型1.31/1.55μmGaAs波分复用/解复用器的研制;马慧莲, 杨建义, 江晓清, 王明华;半导体光电;第22卷(第01期);全文 * |
| 基于Ti扩散铌酸锂偏振分束器的研制;崔建民;冯立辉;吕敏;郭建;孙雨南;崔芳;;光学技术;第33卷(第01期);全文 * |
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| CN117008249A (zh) | 2023-11-07 |
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