專利名稱：緊湊可調(diào)式多模干涉耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成光學領(lǐng)域，涉及一種用于光通信系統(tǒng)、光計算機系統(tǒng)及光子/光電子集成回路的波導型耦合器，具體地說是一種緊湊可調(diào)式多模干涉耦合器。
背景技術(shù)：
波導型耦合器是光通信系統(tǒng)、光計算機系統(tǒng)及光子/光電子集成回路的基礎(chǔ)元件，既可作為獨立元件，實現(xiàn)光功率或光信號的多路分配，也可作為構(gòu)成諸如光放大器、光信號監(jiān)控器、光開關(guān)及光調(diào)制器等光子/光電子器件的重要輔助部件。波導型耦合器主要有定向耦合器型、Y分支型、X分支型和多模干涉型等種類。定向耦合器型耦合器要求耦合波導有很高的加工精度，Y/X分支要求分支角很小，光刻難度大。多模干涉型耦合器具有結(jié)構(gòu)緊湊、帶寬大、偏振不敏感等優(yōu)點。目前，多模干涉型耦合器主要采用矩形多模波導，即多模波導的寬度在光的傳播方向上保持不變，這種結(jié)構(gòu)的缺點是器件結(jié)構(gòu)仍欠緊湊，不利于光子/光電子器件的大規(guī)模集成；光功分比固定，制作容差小，器件良品率低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有多模干涉型耦合器的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種緊湊可調(diào)式多模干涉耦合器，該多模干涉型耦合器具有長度短，結(jié)構(gòu)緊湊，功分比可調(diào)等優(yōu)點。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種緊湊可調(diào)式多模干涉型耦合器，包括與光信號輸入端連接的輸入通道、多模波導、調(diào)制模塊和與光信號輸出端連接的輸出通道，其特征在于所述多模波導是非矩形，輸入通道和輸出通道分別連接在使光信號在傳播方向上呈現(xiàn)非均勻性的非矩形多模波導的兩側(cè)，用來控制光信號折射率減小量的調(diào)制模塊設(shè)置在多模波導的表面。
本發(fā)明中，所述非矩形多模波導可以有多種形式。第一種形式，非矩形多模波導為寬度左右對稱的錐形結(jié)構(gòu)，寬度沿光的傳播方向變化，寬度的變化可以是線性的也可以是非線性的。第二種形式，非矩形多模波導為寬度左右不對稱的錐形結(jié)構(gòu)，寬度沿光的傳播方向變化，同樣寬度的變化可以是線性的也可以是非線性的。第三種形式，非矩形多模波導為沿光的傳播方向彎曲的扇形結(jié)構(gòu)。第四種形式，所述非矩形多模波導為S形結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明中調(diào)制模塊可以設(shè)置在非矩形多模波導表面的任意位置。所述調(diào)制模塊利用材料的電光、熱光、磁光、聲光、量子縛束Stark效應(yīng)中的任意一種來改變折射率。
本發(fā)明中，根據(jù)自鏡像原理，由輸入通道引入的光場在多模波導中將激勵起多個模式，各模式間相互干涉，結(jié)果沿波的傳播方向周期性地產(chǎn)生輸入場的一重或多重像，各像在輸出通道中輸出，實現(xiàn)耦合器功能。由束傳播法分析可知，由輸入通道引入的光場，在非矩形多模波導中激勵起的基模有效折射率增大，次高階模的有效折射率減小，因而拍長減小，從而減小多模波導的長度，使器件結(jié)構(gòu)緊湊。當調(diào)制模塊工作時，可改變多模波導調(diào)制模塊附件的折射率分布，根據(jù)自鏡像原理，輸出像的強度將改變，因此改變功分比。調(diào)制模塊可控制折射率的改變量，進而控制輸出像的強度，達到光功分比可調(diào)的目的。
本發(fā)明利用多模波導在光的傳播方向上的非均勻性，減小多模導波導的拍長，從而減小器件長度，使器件結(jié)構(gòu)緊湊。并且，多模波導采用非矩形結(jié)構(gòu)，多模波導表面引入調(diào)制模塊，利用器件材料的物理效應(yīng)，改變調(diào)制模塊附近多模波導的折射率分布，實現(xiàn)輸出通道的功分比可調(diào)。
本發(fā)明的有益效果是器件長度短，結(jié)構(gòu)緊湊；輸出光功分比可調(diào)，增大制作容差，增大器件的良品率。
四

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明中芯片的掃描電鏡俯視圖；圖3是直通態(tài)光場分布圖；圖4是3dB耦合器光場布圖；圖5是交叉態(tài)光場分布圖；圖6是本發(fā)明第二個實例的結(jié)構(gòu)圖；圖7是本發(fā)明第三個實例的結(jié)構(gòu)圖；圖8是本發(fā)明第四個實例的結(jié)構(gòu)圖；圖9是圖6的I-I剖視圖。
五具體實施例方式
圖1是本發(fā)明的第一個實例，由輸入通道1，對稱錐形多模波導2，調(diào)制模塊3，輸出通道4組成。輸入通道1分為上、下兩個。輸出通道4也分為上、下兩個。調(diào)制模塊3分別設(shè)置在對稱錐形多模波導2的上邊緣處和下邊緣處。光場從上或下輸入通道輸入，進入對稱錐形多模波導2，由多模波導2的自鏡像效應(yīng)，光場從上/下輸出通道(3和4)輸出。由于多模波導的寬度在光的傳播方向上不均勻，其中激勵起的基模有效應(yīng)折射率增大，而次高階模的有效折射率減小，因而其拍長減小。根據(jù)自鏡像原理，多模波導的長度應(yīng)為拍長的1.5倍，因此這種耦合波導的長度相對于矩形耦合波導減小，故器件結(jié)構(gòu)緊湊。上、下邊緣處的調(diào)制模塊3利用材料的電光效應(yīng)，或熱光效應(yīng)，或磁光效應(yīng)，或聲光效應(yīng)，或量子束縛Stark效應(yīng)來改變調(diào)制模塊3附近多模波導的折射率。當調(diào)制模塊工作時，由于折射率的改變，此處邊緣二重像的相位關(guān)系發(fā)生改變，根據(jù)自鏡像原理，二重輸出像的強度將改變，因此改變功分比。通過操控調(diào)制模塊來控制折射率的減小量，進而控制輸出二重像的強度，實現(xiàn)光功分比可調(diào)。圖2為芯片的掃描電鏡俯視圖。圖3、圖4及圖5分別為直通態(tài)、3dB耦合器及交叉態(tài)和光場分布圖，可見該器件實現(xiàn)了光功分比可調(diào)。
圖6是本發(fā)明的第二個實例。采用非對稱錐形多模波導2和中央調(diào)制模塊3結(jié)構(gòu)。由于采用非矩形多模波導，器件長度減小，結(jié)構(gòu)緊湊。當中央調(diào)制模塊3工作時，中央二重像的相位關(guān)系發(fā)生改變，實現(xiàn)功分比可調(diào)。圖9是圖6的I-I剖視圖。其中，5是空氣，6是光波導芯層，7是襯底。
圖7是本發(fā)明的第三個實例。采用彎曲形多模波導2和中央調(diào)制模塊3結(jié)構(gòu)。
圖8是本發(fā)明的第四個實例。采用S形多模波導2和邊緣調(diào)制模塊3結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種緊湊可調(diào)式多模干涉型耦合器，包括與光信號輸入端連接的輸入通道(1)、多模波導(2)、調(diào)制模塊(3)和與光信號輸出端連接的輸出通道(4)，其特征在于所述多模波導(2)是非矩形，輸入通道(1)和輸出通道(4)分別連接在使光信號在傳播方向上呈現(xiàn)非均勻性的非矩形多模波導(2)的兩側(cè)，用來控制光信號折射率減小量的調(diào)制模塊(3)設(shè)置在多模波導(2)的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊可調(diào)式多模干涉型耦合器，其特征在于所述非矩形多模波導(2)為寬度左右對稱的錐形結(jié)構(gòu)，寬度沿光的傳播方向變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊可調(diào)式多模干涉型耦合器，其特征在于所述非矩形多模波導(2)為寬度左右不對稱的錐形結(jié)構(gòu)，寬度沿光的傳播方向變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊可調(diào)式多模干涉型耦合器，其特征在于所述非矩形多模波導(2)為沿光的傳播方向彎曲的扇形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式多模干涉型耦合器，其特征在于所述非矩形多模波導(2)為S形結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式多模干涉型耦合器，其特征在于所述調(diào)制模塊(3)設(shè)置在非矩形多模波導(2)表面的任意位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式多模干涉型耦合器，其特征在于所述調(diào)制模塊(3)利用材料的電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、量子縛束Stark效應(yīng)中的任意一種來改變折射率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種緊湊可調(diào)式多模干涉型耦合器，包括與光信號輸入端連接的輸入通道、多模波導、調(diào)制模塊和與光信號輸出端連接的輸出通道，其特征在于所述多模波導是非矩形，輸入通道和輸出通道分別連接在使光信號在傳播方向上呈現(xiàn)非均勻性的非矩形多模波導的兩側(cè)，用來控制光信號折射率減小量的調(diào)制模塊設(shè)置在多模波導的表面。本發(fā)明利用多模波導在光的傳播方向上的非均勻性，減小多模導波導的拍長，從而減小器件長度，使器件結(jié)構(gòu)緊湊。適用于光通信系統(tǒng)、光計算機系統(tǒng)、光子/光電子集成回路的波導型耦合器中。
文檔編號G02B6/35GK1904656SQ200610088240
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月5日
發(fā)明者肖金標, 孫小菡, 劉旭, 蔡純 申請人:東南大學