CN116520492A - 一种定向耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种定向耦合装置。该定向耦合装置包括第一波导，所述第一波导包括依次连接的第一传输部、第一耦合部和第二传输部；第二波导，所述第二波导包括依次连接的第二耦合部和第四传输部；所述第一耦合部、第二耦合部为弯曲波导，两者组成耦合结构；所述第一耦合部的曲率半径与所述第二耦合部的曲率半径互不相同且在各自弯曲耦合部分上恒定。本发明在结构简单易于制造的同时降低了耦合装置对输入光波长和偏振的敏感度。
Description
技术领域
本发明涉及光耦合装置技术领域，特别是涉及一种定向耦合装置。
背景技术
作为集成光电子领域一种重要器件，定向耦合器被广泛应用于光开关、微环谐振器及波分复用等领域，其主要功能为对光功率的分离与结合。定向耦合器通常作为任意分光比的分光器件，输入光通过定向耦合器后一部分功率的光通过上端口输出，另一部分功率的光通过下端口输出。定向耦合器的优点主要在于结构简单，不易损坏，并且可以通过简单调整耦合区域波导长度来改变分光比。但是定向耦合器的分光效果对输入光的波长变化以及偏振态高度敏感，这限制了其在波分复用等领域的应用。因此，设计对一种偏振和波长不敏感同时结构简单的定向耦合器在无源光电子器件领域有着深远意义。
现有方案多采用非对称波导结构来减少定向耦合器对偏振的敏感度。比如公开号为CN113189708A的发明专利公开的一种偏振不敏感的定向耦合器就是采用了非对称波导结构，将耦合部分分为TE模式耦合区与TM模式耦合区，从而将TE/TM模式光分别耦合来实现对偏振不敏感的特性。该方案对两根波导的宽度及高度均需要进行设计，对工艺要求较为严格。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种定向耦合装置，能够在结构简单易于制造的同时降低对输入光波长和偏振的敏感度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种定向耦合装置，包括：
第一波导，所述第一波导包括依次连接的第一传输部、第一耦合部和第二传输部；
第二波导，所述第二波导包括依次连接的第二耦合部和第四传输部；
所述第一耦合部、第二耦合部为弯曲波导，两者组成耦合结构；
所述第一耦合部的曲率半径与所述第二耦合部的曲率半径互不相同且在各自弯曲耦合部分上恒定。
进一步的，所述第二波导还包括与所述第二耦合部相连接的第三传输部。
进一步的，所述第一传输部和所述第二传输部对称分布于所述第一耦合部的两侧，所述第三传输部和所述第四传输部对称分布于所述第二耦合部的两侧。
进一步的，所述第一传输部和第二传输部为直波导，通过弯曲过渡波导分别与所述第一耦合部相连。
进一步的，所述第三传输部和第四传输部为直波导，通过弯曲过渡波导分别与所述第二耦合部相连。
进一步的，所述第一耦合部同所述第二耦合部的弯曲方向相同。
进一步的，所述第一波导的宽度、所述第一波导的高度、所述第二波导的宽度、所述第二波导的高度均相同。
进一步的，所述第一波导的折射率和第二波导的折射率相同。
进一步的，所述第一耦合部和所述第二耦合部之间的最小间距为0.8μm。
进一步的，所述第一波导和第二波导是通过等离子增强化学气相沉积法在衬底上沉积氮氧化硅材料所形成的。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明采用了对称波导结构，装置中的第一波导与第二波导的宽度高度以及材质都相同，使结构简单易于制作。同时，通过对波导结构中主要耦合部分的两根弯曲波导采用不同的弯曲半径，降低了对输入光的偏振和波长的敏感度。
附图说明
图1是本发明的三维示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明第一波导和第二波导的截面示意图；
图4是本发明实施方式中输入TE/TM模式光后的光场传输图；
图5是本发明实施方式中输入TE/TM模式光后分光比随波长变化的效果图；
图6是本发明同传统定向耦合器的分光效果对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，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。
本发明的第一实施方式涉及一种定向耦合装置，如图2所示，包括用来传播光的第一波导和第二波导，第一波导包括依次连接的第一传输部1、第一耦合部3和第二传输部5，第二波导包括依次连接的第二耦合部4和第四传输部6。其中，第一耦合部3同第二耦合部4为弯曲波导，两者的弯曲方向相同组成耦合结构。进一步的，第一耦合部3的曲率半径R1同第二耦合部4的曲率半径R2互不相同且在各自的弯曲耦合部分上恒定，当两根波导曲率半径不同时，光在波导中的传播常数存在差异，从而影响光在两根波导之间的耦合，进而降低了耦合装置对偏振和波长的敏感度。同时，为了进一步降低偏振的影响，第一波导和第二波导的截面均为正方形，且第一波导的宽度w1、高度h1、第二波导的宽度w2、高度h2均相同。
在本实施方式中，第二波导还包括了与第二耦合部4相连接的第三传输部2，且第一传输部1、第二传输部5对称分布于第一耦合部3的两侧，第三传输部2、第四传输部6对称分布于第二耦合部4的两侧，即本实施方式采用左右对称的整体结构用来实现输入输出复用。其中，第一传输部1、第二传输部5为直波导，通过弯曲过渡波导分别与第一耦合部3相连。第三传输部2和第四传输部6为直波导，通过弯曲过渡波导分别与第二耦合部4相连。该结构通过等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在二氧化硅衬底上沉积氮氧化硅材料获得，包层均为二氧化硅。
具体的，选择1.56折射率的氮氧化硅作为第一波导和第二波导的材料，如图3所示，第一波导的宽度w1与高度h1，第二波导的宽度w2与高度h2均设计为1.2μm。又设置第一耦合部3的曲率半径R1为480μm，弯曲角度为16°，第二耦合部4的曲率半径R2为μm，弯曲角度为12°，两者之间的最小波导间距gap为0.8μm。用来连接第一传输部1同第一耦合部3以及第一耦合部3同第二传输部5的弯曲波导的曲率半径为500μm，弯曲角度为应为8°，用来连接第三传输部2同第二耦合部4以及第二耦合部4同第四传输部6的弯曲波导的曲率半径为500μm，弯曲角度为6°。
选择上述参数的本实施方式作为耦合装置，输入光通过第一传输部1的端口输入，经本实施方式后分别从第二传输部5的端口与第四传输部6的端口输出，通过FDTD仿真，如图4所示为TE/TM光场传输图。
在O波段(1310nm附近)，输入TE/TM模式光通过本实施方式后的分光比随波长变化的仿真结果如图5所示，针对3dB耦合器(50:50分光比)，输入光在1310nm处输出TE与TM模式光的分光比之差小于0.006dB，有较好的偏振不敏感特性；在100nm波长范围内(1260nm-1360nm)，TE模式分光比变化范围小于0.22dB，TM模式分光比变化范围小于0.244dB，有较好的宽带传输特性。
图6给出了在100nm波长范围内(1260nm-1360nm)本实施方式与现有传统定向耦合器的分光比对比图，从途中可以看出，TE/TM模式光在通过本实施方式后，其TE和TM模式光分光比的变化范围显著小于使用传统定向耦合装置时分光比的变化范围。可见，本实施方式在结构简单易于制造的同时降低了对输入光波长和偏振的敏感度。
Claims (10)
1.一种定向耦合装置，其特征在于，包括：
第一波导，所述第一波导包括依次连接的第一传输部、第一耦合部和第二传输部；
第二波导，所述第二波导包括依次连接的第二耦合部和第四传输部；
所述第一耦合部、第二耦合部为弯曲波导，两者组成耦合结构；
所述第一耦合部的曲率半径与所述第二耦合部的曲率半径互不相同且在各自弯曲耦合部分上恒定。
2.根据权利要求1所述的定向耦合装置，其特征在于，所述第二波导还包括与所述第二耦合部相连接的第三传输部。
3.根据权利要求2所述的定向耦合装置，其特征在于，所述第一传输部和所述第二传输部对称分布于所述第一耦合部的两侧，所述第三传输部和所述第四传输部对称分布于所述第二耦合部的两侧。
4.根据权利要求2所述的定向耦合装置，其特征在于，所述第一传输部和第二传输部为直波导，通过弯曲过渡波导分别与所述第一耦合部相连。
5.根据权利要求2所述的定向耦合装置，其特征在于，所述第三传输部和第四传输部为直波导，通过弯曲过渡波导分别与所述第二耦合部相连。
6.根据权利要求1所述的定向耦合装置，其特征在于，所述第一耦合部同所述第二耦合部的弯曲方向相同。
7.根据权利要求1所述的定向耦合装置，其特征在于，所述第一波导的宽度、所述第一波导的高度、所述第二波导的宽度、所述第二波导的高度均相同。
8.根据权利要求1所述的定向耦合装置，其特征在于，所述第一波导的折射率和第二波导的折射率相同。
9.根据权利要求1所述的定向耦合装置，其特征在于，所述第一耦合部和所述第二耦合部之间的最小间距为0.8μm。
10.根据权利要求1所述的定向耦合装置，其特征在于，所述第一波导和第二波导是通过等离子增强化学气相沉积法在衬底上沉积氮氧化硅材料所形成。
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| CN202310438860.2A CN116520492A (zh) | 2023-04-23 | 2023-04-23 | 一种定向耦合装置 |
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| CN116520492A true CN116520492A (zh) | 2023-08-01 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117055156A (zh) * | 2023-08-30 | 2023-11-14 | 广州铌奥光电子有限公司 | 一种大工艺容差弯曲定向耦合器及设计方法 |
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2023
- 2023-04-23 CN CN202310438860.2A patent/CN116520492A/zh active Pending
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