基于厚Si3N4材料的低插入损耗、大带宽紧凑型多模干涉耦合器

技术领域

本发明属于应用于光通信技术、微波光子、光传感、成像、光计算等技术领域的厚Si

背景技术

随着光纤通信技术的快速发展，对于信息传输和处理的要求也越来越高。高集成化、低损耗、功能多样性成了光通信器件研发者的追求目标。选用的材料种类设计制作光学器件不仅关系到系统的性能参数，还决定了制作成本、加工可行性以及是否与现有系统兼容等问题。

Si

针对实际应用，实现片上光束的3dB合束和分束是构建多样功能的基础。到目前为止，典型的厚氮化硅2×2MMI插入损耗通常约为0.37dB，尺寸通常为0.35mm×0.06mm，较大的尺寸意味着级联若干个MMI组成如多级光开关阵列等结构时占据很大空间，为了进一步提高集成度，需要进行进一步降低尺寸。目前设计一种紧凑度更好、插损更低、带宽覆盖C+L波段的MMI具有很大的实际意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于厚Si

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于厚Si

作为本发明的一种优选技术方案：所述锥形渐变输入波导采用线性函数进行波导的锥形渐变延伸，其宽度随传输逐渐变宽。

作为本发明的一种优选技术方案：所述锥形渐变输入波导的宽度以50nm/um的变化率逐渐增宽。

作为本发明的一种优选技术方案：所述锥形渐变输出波导采用线性函数进行波导的锥形渐变延伸，其宽度随传输逐渐变窄。

作为本发明的一种优选技术方案：所述锥形渐变输出波导的宽度以-50nm/um的变化率逐渐减小。

作为本发明的一种优选技术方案：所述多模干涉区域的长度与宽度保证高阶模式均改变2π整数倍的相位。

作为本发明的一种优选技术方案：所述锥形渐变输入/输出的波导，精心设计其端面宽度，使其与多模干涉区域波导的模式有效折射率相匹配，降低结合处的耦合损耗，且加工容差大。

作为本发明的一种优选技术方案：所述多模干涉波导区域的过程中，精心设计波导尺寸，使传播其中的高阶模式相干叠加形成二重像，且加工容差大。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种基于厚Si

本发明相比于常见的厚Si

本发明可作为低损耗、大带宽紧凑型多模干涉耦合器，应用在厚Si

附图说明

图1为本发明的波导俯视结构示意图。

图2为本发明的波导截面示意图。

图3为本发明的光场传输分布模式示意图。

图4为本发明的输出光传输谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例：如图1和图2所示，本发明设计了一种基于厚Si

本发明结构的工作原理是：

当TE模式的光(图2中Y方向偏振)输入时，1区域中的锥形渐变波导通过绝热演变将输入波导宽度扩宽到3um，既能减小输入波导模式和多模区的模式失配、进而降低插损，又能提升加工容错；光场进入2区域后，沿传播方向(X方向)各阶模式相干叠加将得到不同的横向模场分布，在2区域中各阶模式将重新相干叠加，当所有模式沿X方向传播后形成二重像，成像点即为输出波导的中心点。最后，光进入3区域，再经过绝热演变缩小波导宽度与后续的器件相连接起来。至此，低插损分光、合束功能得以实现。

为了验证本发明能够实现该功能，特列举验证例进行说明。

本验证例所采用的时域有限差分法进行计算分析，其中用到的主要参数有：所有波导厚度为800nm，输入波导宽度1.5um，锥形渐变波导长度30um，经过线性扩宽至3um，波导宽度变化率为50nm/um；多模干涉区域宽度为12.6um、长度130um，输出波导宽度为3um，经过线性缩小至1.5um，波导宽度变化率为-50nm/um,渐变波导长度为30um；输入输出波导端口中心位置分别位于干涉区域宽度1/3与2/3处。二氧化硅上包层厚度为3.3um，下包层的厚度为4um。

当光以TE模式从上波导输入时，计算得到光场传输如图3所示。可以看出光功率从输入波导输入，经渐变波导绝热变换、多模干涉区域，以及渐变输出波导中进行传输，且光能量没有发生较大泄露。如图4所示，在1500nm至1600nm波长范围内，两个端口的透射率变化范围为47％-49.8％，对应的插损为0.287dB-0.026dB，1550nm通信波段对应的器件插入损耗约为0.025dB-0.06dB，在200nm带宽范围内(1450nm-1650nm)之间的插损均小于0.7dB。本MMI的尺寸相较于同品台其他MMI相比：宽度缩小了80％，长度缩小了41％，总尺寸缩小了89％。

综上，本发明提供的基于厚Si

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所形成的技术方案。