CN105676352A - 一种三端口模式间隔分离器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三端口模式间隔分离器，包括主干波导、第一分支波导、第二分支波导和第三分支波导；主干波导的尾端分别和第一分支波导的始端、第二分支波导的始端和第三分支波导的始端连接，第一分支波导的长度、第二分支波导的长度和第三分支波导的长度相等，将主干波导的宽度记为W0，第一分支波导的宽度记为W1，第二分支波导的宽度记为W2，第三分支波导的宽度记为W3，W3＞W2＞W1，W0＝W1+W2+W3，第一分支波导、第二分支波导和第三分支波导的模式传播常数满足以下条件：β3,k+1＜β1,k＜β2,k＜β3,k；优点是可利用较少的单元级联以增加端口和提升通信链路容量以及更灵活地控制处理光模式。

Description

一种三端口模式间隔分离器
技术领域
本发明涉及一种模式间隔分离器，尤其是涉及一种三端口模式间隔分离器。
背景技术
随着信息量的迅猛增长，人们对处理器处理信息能力要求越来越高，现有的处理器大都采用并行的多核结构。而如何提升多核处理器之间以及核处理器与外部的存储器之间通信链路容量成为了关键的问题。
硅基光互连技术为解决这一问题提供了一种有效的方式。波分复用技术、偏振分复用技术和多级调制格式是提升链路容量的传统方式。然而，利用这些技术用以扩大链路容量已经逐渐接近理论极限值。因此，必须发展新型传输技术以满足***式增长的带宽需求。
模式复用技术，利用模式作为新的自由度，即每一个模式作为一个独立的数据通道。模式复用/解复用器是模式复用通信链路中关键单元之一。此前，已有大量的研究工作集中于实现基于不对称Y分叉、多模干涉器以及耦合器的硅基模式复用/解复用器。与波分复用通信链路中的波长间隔分离器相类似，模式间隔分离器也是模式复用通信链路中应该要考虑的另外一个重要单元。
鉴此，设计一种三端口模式间隔分离器应用于模式复用通信链路，对于利用较少的单元级联以增加端口和提升通信链路容量以及更灵活地控制处理光模式具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种三端口模式间隔分离器，该三端口模式间隔分离器可利用较少的单元级联以增加端口和提升通信链路容量以及更灵活地控制处理光模式。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种三端口模式间隔分离器，包括主干波导、第一分支波导、第二分支波导和第三分支波导；所述的主干波导的尾端分别和所述的第一分支波导的始端、所述的第二分支波导的始端和所述的第三分支波导的始端连接，所述的第一分支波导的长度、所述的第二分支波导的长度和所述的第三分支波导的长度相等，将所述的主干波导的宽度记为W0，所述的第一分支波导的宽度记为W1，所述的第二分支波导的宽度记为W2，所述的第三分支波导的宽度记为W3，W3＞W2＞W1，W0＝W1+W2+W3，所述的第一分支波导、所述的第二分支波导和所述的第三分支波导的模式传播常数满足以下条件：β3,k+1＜β1,k＜β2,k＜β3,k，其中，β1,k为所述的第一分支波导中第k阶模式的模式传播常数，β2,k为所述的第二分支波导中第k阶模式的模式传播常数，β3,k为所述的第三分支波导中第k阶模式的模式传播常数，β3,k+1所述的第三分支波导中第k+1阶模式的模式传播常数，k取自然数。
所述的第一分支波导的尾端和所述的第三分支波导的尾端之间的间距为Wg1，所述的第二分支波导的尾端和所述的第三分支波导的尾端之间的间距为Wg2，所述的主干波导的长度为L0，所述的第一分支波导的长度为L，W1＝0.7μm，W2＝0.75μm，W3＝0.85μm，L0＝100μm，L＝770μm，Wg1＝1.7μm，Wg2＝1.5μm。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过主干波导、第一分支波导、第二分支波导和第三分支波导来构造三端口模式间隔分离器，主干波导的尾端分别和第一分支波导的始端、第二分支波导的始端和第三分支波导的始端连接，第一分支波导的长度、第二分支波导的长度和第三分支波导的长度相等，将主干波导的宽度记为W0，第一分支波导的宽度记为W1，第二分支波导的宽度记为W2，第三分支波导的宽度记为W3，W3＞W2＞W1，W0＝W1+W2+W3，第一分支波导、第二分支波导和第三分支波导的模式传播常数满足以下条件：β3,k+1＜β1,k＜β2,k＜β3,k，其中，β1,k为所述的第一分支波导中第k阶模式的模式传播常数，β2,k为所述的第二分支波导中第k阶模式的模式传播常数，β3,k为所述的第三分支波导中第k阶模式的模式传播常数，β3,k+1所述的第三分支波导中第k+1阶模式的模式传播常数，k取自然数；当第k阶模式分别从第一分支波导、第二分支波导和第三分支波导输入，经分支波导与主干波导连接处时，会交错激励起主干波导中第(3k+2)阶模式、第(3k+1)阶模式和第(3k)阶模式，反之亦然，由此可利用较少的单元级联以增加端口和提升通信链路容量以及更灵活地控制处理光模式；
当第一分支波导的尾端和第三分支波导的尾端之间的间距为Wg1，第二分支波导的尾端和第三分支波导的尾端之间的间距为Wg2，主干波导的长度为L0，第一分支波导的长度为L，W1＝0.7μm，W2＝0.75μm，W3＝0.85μm，L0＝100μm，L＝770μm，Wg1＝1.7μm，Wg2＝1.5μm时，在1550nm波长下主干波导里的基模、一阶模、二阶模、三阶模、四阶模和五阶模的串扰分别为-26.4dB，-25.4dB，-24.8dB，-21.3dB，-19.6dB和-20.1dB，三端口模式间隔分离器性能达到最优。
附图说明
图1为本发明的三端口模式间隔分离器的结构图；
图2为本发明的三端口模式间隔分离器在工作波长为1550nm条件下，前六个模式的传输图；
图3为本发明的三端口模式间隔分离器波长扫描光谱图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：如图1所示，一种三端口模式间隔分离器，包括主干波导1、第一分支波导2、第二分支波导3和第三分支波导4；主干波导1的尾端分别和第一分支波导2的始端、第二分支波导3的始端和第三分支波导4的始端连接，第一分支波导2的长度、第二分支波导3的长度和第三分支波导4的长度相等，将主干波导1的宽度记为W0，第一分支波导2的宽度记为W1，第二分支波导3的宽度记为W2，第三分支波导4的宽度记为W3，W3＞W2＞W1，W0＝W1+W2+W3，第一分支波导2、第二分支波导3和第三分支波导4的模式传播常数满足以下条件：β3,k+1＜β1,k＜β2,k＜β3,k，其中，β1,k为第一分支波导2中第k阶模式的模式传播常数，β2,k为第二分支波导3中第k阶模式的模式传播常数，β3,k第三分支波导4中第k阶模式的模式传播常数，β3,k+1为第三分支波导4中第k+1阶模式的模式传播常数，k取自然数。
实施例二：如图1所示，一种三端口模式间隔分离器，包括主干波导1、第一分支波导2、第二分支波导3和第三分支波导4；主干波导1的尾端分别和第一分支波导2的始端、第二分支波导3的始端和第三分支波导4的始端连接，第一分支波导2的长度、第二分支波导3的长度和第三分支波导4的长度相等，将主干波导1的宽度记为W0，第一分支波导2的宽度记为W1，第二分支波导3的宽度记为W2，第三分支波导4的宽度记为W3，W3＞W2＞W1，W0＝W1+W2+W3，第一分支波导2、第二分支波导3和第三分支波导4的模式传播常数满足以下条件：β3,k+1＜β1,k＜β2,k＜β3,k，其中，β1,k为第一分支波导2中第k阶模式的模式传播常数，β2,k为第二分支波导3中第k阶模式的模式传播常数，β3,k第三分支波导4中第k阶模式的模式传播常数，β3,k+1为第三分支波导4中第k+1阶模式的模式传播常数，k＝0,1,2。
本实施例中，第一分支波导2的尾端和第三分支波导4的尾端之间的间距为Wg1，第二分支波导3的尾端和第三分支波导4的尾端之间的间距为Wg2，主干波导1的长度为L0，第一分支波导2的长度为L，W1＝0.7μm，W2＝0.75μm，W3＝0.85μm，L0＝100μm，L＝770μm，Wg1＝1.7μm，Wg2＝1.5μm。
本发明的三端口模式间隔分离器在工作波长为1550nm条件下，前六个模式的传输图如图2所示。分析图2(a)-2(f)可知，当输入光是基模和三阶模，这些模式将转变为第三分支波导4的基模和一阶模，如果输入光是一阶模和四阶模，这些模式将转变为第二分支波导3的基模和一阶模，如果输入光是二阶模和五阶模，这些模式将转变为第一分支波导2的基模和一阶模，由此可知本发明的三端口模式间隔分离器工作特性完美吻合预期设计结果。
本发明的三端口模式间隔分离器波长扫描光谱图如图3所示。图3中，实线、点线和虚线分别表示输入光从主干波导1传输到第一分支波导2、第二分支波导3和第三分支波导4的情况；第一分支波导、第二分支波导和第三分支波导的基模和一阶模的输出光功率分别用矩形和圆形表示。从图3(a)-3(f)可以看出在波段为1480nm至1660nm时，模式串扰小于-17dB。

Claims (2)

1.一种三端口模式间隔分离器，其特征在于包括主干波导、第一分支波导、第二分支波导和第三分支波导；所述的主干波导的尾端分别和所述的第一分支波导的始端、所述的第二分支波导的始端和所述的第三分支波导的始端连接，所述的第一分支波导的长度、所述的第二分支波导的长度和所述的第三分支波导的长度相等，将所述的主干波导的宽度记为W0，所述的第一分支波导的宽度记为W1，所述的第二分支波导的宽度记为W2，所述的第三分支波导的宽度记为W3，W3＞W2＞W1，W0＝W1+W2+W3，所述的第一分支波导、所述的第二分支波导和所述的第三分支波导的模式传播常数满足以下条件：β3,k+1＜β1,k＜β2,k＜β3,k，其中，β1,k为所述的第一分支波导中第k阶模式的模式传播常数，β2,k为所述的第二分支波导中第k阶模式的模式传播常数，β3,k为所述的第三分支波导中第k阶模式的模式传播常数，β3,k+1所述的第三分支波导中第k+1阶模式的模式传播常数，k取自然数。
2.根据权利要求1所述的一种三端口模式间隔分离器，所述的第一分支波导的尾端和所述的第三分支波导的尾端之间的间距为Wg1，所述的第二分支波导的尾端和所述的第三分支波导的尾端之间的间距为Wg2，所述的主干波导的长度为L0，所述的第一分支波导的长度为L，W1＝0.7μm，W2＝0.75μm，W3＝0.85μm，L0＝100μm，L＝770μm，Wg1＝1.7μm，Wg2＝1.5μm。
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