CN213659007U - 一种任意分光比的光功率分束器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种任意分光比的光功率分束器，包括衬底，所述衬底上设有下包层，所述下包层上设有芯层，所述芯层包括输入波导、中心锥形波导、上倒锥形波导、下倒锥形波导、上输出波导和下输出波导，所述输入波导的输出端与所述中心锥形波导的输入端相连，所述上倒锥形波导的输出端与上输出波导的输入端相连，所述下倒锥形波导的输出端与下输出波导的输入端相连；所述中心锥形波导、上倒锥形波导和下倒锥形波导组成交叉耦合区域，光束从中心锥形波导进入交叉耦合区域后与上倒锥形波导和下倒锥形波导分别耦合实现功率分束。本实用新型具有工艺误差兼容，工艺简单、设计方便、损耗低等优点。

Description

一种任意分光比的光功率分束器
技术领域
本实用新型涉及一种光功率分束器，特别是涉及一种任意分光比的光功率分束器。
背景技术
光通信系统的发展促进了光器件的快速发展，在无源网络系统中，光功率分束器具有不可替代的地位。现有的任意分光比的光功率分束器包括：定向耦合器型的光功率分束器，其主要结构为两条硅波导，原理是波导间的模式耦合，缺点是对波长和制作误差很敏感；基于多模干涉耦合器的光功率分束器，其主要结构为多模干涉(MMI)耦合器，原理是自映像效应，缺点是损耗大；基于亚波长光栅的光功率分束器，其主要结构为亚波长光栅，原理是模式耦合，缺点是对工艺制造要求高；基于Y分束的光功率分束器，其主要结构为Y分支，原理是模式耦合，缺点是对工艺制造要求高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种任意分光比的光功率分束器，具有工艺误差兼容，工艺简单、设计方便、损耗低等优点。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种任意分光比的光功率分束器，包括衬底，所述衬底上设有下包层，所述下包层上设有芯层，所述芯层包括输入波导、中心锥形波导、上倒锥形波导、下倒锥形波导、上输出波导和下输出波导，所述输入波导的输出端与所述中心锥形波导的输入端相连，所述上倒锥形波导的输出端与上输出波导的输入端相连，所述下倒锥形波导的输出端与下输出波导的输入端相连；所述中心锥形波导、上倒锥形波导和下倒锥形波导组成交叉耦合区域，光束从中心锥形波导进入交叉耦合区域后与上倒锥形波导和下倒锥形波导分别耦合实现功率分束。
所述中心锥形波导的输入端的宽度大于另一端的宽度。
所述上倒锥形波导的输出端的宽度大于另一端的宽度。
所述下倒锥形波导的输出端的宽度大于另一端的宽度。
所述中心锥形波导、上倒锥形波导和下倒锥形波导的波导材料均采用Si3N4或浅刻蚀的硅波导。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本实用新型通过三条锥形波导组成的交叉耦合区域，通过改变波导间的间距和优化锥形波导的长度获得任意分光比，该结构规避了传统DC波长敏感，且工艺容差小的问题，该器件与当前CMOS工艺兼容，且结构简单，损耗低。
附图说明
图1是本实用新型实施方式中芯层的结构图；
图2是本实用新型实施方式中Si3N4锥形波导的横截面图；
图3是本实用新型实施方式中浅刻蚀的硅锥形波导的横截面图；
图4是本实用新型实施方式中波导之间间距与耦合强度的关系图；
图5是本实用新型实施方式中的仿真结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本实用新型的实施方式涉及一种任意分光比的光功率分束器，如图1和图2所示，包括衬底I，所述衬底I上设有下包层II，所述下包层III上设有芯层IV，所述芯层IV包括输入波导1、中心锥形波导2、上倒锥形波导3、下倒锥形波导4、上输出波导5和下输出波导6，所述输入波导1的输出端与所述中心锥形波导2的输入端相连，所述上倒锥形波导3的输出端与上输出波导5的输入端相连，所述下倒锥形波导4的输出端与下输出波导6的输入端相连；所述中心锥形波导2、上倒锥形波导3和下倒锥形波导4组成交叉耦合区域，光束从中心锥形波导2进入交叉耦合区域后与上倒锥形波导3和下倒锥形波导4分别耦合实现功率分束。基于模式耦合理论，如图4所示，波导间耦合强度由波导间间距和耦合长度所控制，所以通过改变波导间的间距和优化锥形波导的长度，便可以获得任意分光比。本实施方式的光功率分束器对于不同分光比的能量分束输出损耗小于0.03dB，工艺误差容忍度在±50nm左右。
上述实施方式中，中心锥形波导2、上倒锥形波导3和下倒锥形波导4的波导材料均采用Si3N4。值得一提的是，中心锥形波导2、上倒锥形波导3和下倒锥形波导4的波导材料还可以采用浅刻蚀的硅波导，图3所示的是浅刻蚀的硅锥形波导III的横截面图。
本实施方式中，构成交叉耦合区域的中心锥形波导2、上倒锥形波导3和下倒锥形波导4三根波导都是锥形渐变的，其中，所述中心锥形波导2的输入端的宽度大于另一端的宽度。所述上倒锥形波导3的输出端的宽度大于另一端的宽度。所述下倒锥形波导4的输出端的宽度大于另一端的宽度。图5为保持上倒锥形波导3与输入波导1之间的间距不变，通过改变下倒锥形波导4与输入波导1之间的间距来实现不同的分光比的曲线图。
不难发现，本实用新型摒弃传统的DC耦合器的双波导结构，提出绝热锥形波导结构的任意分光比的光功率分束器，其规避了传统DC波长敏感，且工艺容差小的问题，本实用新型的器件与当前CMOS工艺兼容，且结构简单，损耗低，非常有利于硅基大规模集成生产。

Claims (5)

1.一种任意分光比的光功率分束器，包括衬底，所述衬底上设有下包层，所述下包层上设有芯层，其特征在于，所述芯层包括输入波导、中心锥形波导、上倒锥形波导、下倒锥形波导、上输出波导和下输出波导，所述输入波导的输出端与所述中心锥形波导的输入端相连，所述上倒锥形波导的输出端与上输出波导的输入端相连，所述下倒锥形波导的输出端与下输出波导的输入端相连；所述中心锥形波导、上倒锥形波导和下倒锥形波导组成交叉耦合区域，光束从中心锥形波导进入交叉耦合区域后与上倒锥形波导和下倒锥形波导分别耦合实现功率分束。
2.根据权利要求1所述的任意分光比的光功率分束器，其特征在于，所述中心锥形波导的输入端的宽度大于另一端的宽度。
3.根据权利要求1所述的任意分光比的光功率分束器，其特征在于，所述上倒锥形波导的输出端的宽度大于另一端的宽度。
4.根据权利要求1所述的任意分光比的光功率分束器，其特征在于，所述下倒锥形波导的输出端的宽度大于另一端的宽度。
5.根据权利要求1所述的任意分光比的光功率分束器，其特征在于，所述中心锥形波导、上倒锥形波导和下倒锥形波导的波导材料均采用Si3N4或浅刻蚀的硅波导。
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