[发明专利]铌酸锂基多模干涉波导型光功分器

说明书

技术领域

本发明涉及一种波导型光功分器。

背景技术

利用自镜像效应的多模干涉(MMI)型器件是一种新型器件，它的理论设计和制造工艺相对比较容易，同时具有器件尺寸紧凑、光分路均匀性好而广受重视。多模干涉波导型光功分器是由单模输入波导、多模光干涉区和单模输出波导构成。这种多模干涉波导型光功分器是基于阶跃折射率分布波导，因为传统的自镜像效应分析都是针对基于阶跃折射率分布波导，然而在集成光学的应用中，有一大部分波导是渐变折射率分布，如用质子交换得到的铌酸锂波导(LiNbO₃)的研究目前还是一个空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种在铌酸锂衬底上渐变折射率分布波导的1×N多模干涉波导型光功分器。

本发明的目的是通过下述措施实现的：包括1×N多模干涉光波导，是在铌酸锂衬底上设置渐变折射率分布的多模光干涉区、及多模光干涉区两端的单模输入波导和N个单模输出波导。

在设置波导时，首先确定渐变折射率分布波导的折射率分布函数、工作波长和单模工作状态的波导参数，然后选取多模光干涉区宽度，再在多模光干涉区一端中心位置辅以单模输入波导，在多模光干涉区另一端均匀布置N个单模输出波导，首先利用三维全矢量有限差分光束传输法寻找各单模输出波导光功率处于最大值时的相应多模光干涉区的长度L_i(i＝1，2，3…N)，然后依次以L_i为多模干涉区长度，变化第i个单模输出波导的中心位置，再次利用三维全矢量有限差分光束传输法寻找第i个单模输出波导最大输出光功率时的第i个单模输出波导的中心位置。

本发明由于采用了渐变折射率分布波导，可以用简单的工艺制作过程在商用化程度很高且具有很好光学特性的铌酸锂基片上制作出性能优良的1×N多模干涉波导型光功分器，可进一步商业化，低投入、高产出，形成规模化生产。并可进一步研制出M×N多模干涉波导型光耦合器。

附图说明

图1是本发明一种1×8的波导结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明的具体设计参数依赖于铌酸锂衬底和具体的质子交换工艺过程。从实用角度上说，所选用的质子交换铌酸锂波导要具有与通信用标准单模光纤尽可能匹配的折射率分布与单模波导尺寸。在此基础上进行模拟与优化分析，选取其它参数。参数不具有绝对值。以Z切X传铌酸锂基片为衬底，退火的质子交换技术，所选取的波导参数(N＝8为例)为：工作波长为1.55μm，单模输入波导1和每个单模输出波导3的宽度均为6μm，长度均为3000μm，此参数有一定任意性，为端接引用，N＝8，即1×8多模干涉波导型光功分器，多模光干涉区2的宽度为128μm，在此基础上，利用三维全矢量有限差分光束传输法计算出相应的多模光干涉区2的最佳长度(此时1×8多模干涉波导型光功分器具有较大输出光功率，并有较好的功率均匀度)为2930μm，当单模输入波导1的中心位置为0时，8个单模输出波导3的中心位置由下至上分别为-55.6μm、-39.8μm、-23.8μm、-7.9μm、7.9μm、23.8μm、39.8μm、55.6μm。

制作工艺：①Z切X传铌酸锂基片经切割、粗磨、精抛光制成所要求的标准衬底片；②利用真空蒸发技术在铌酸锂衬底上蒸1μm厚的铝膜；③对衬底上的铝膜进行光刻后，用70℃的磷酸(H₃PO₄)腐蚀液进行水浴腐蚀，制备出铝掩膜图形；④再将该衬底放在400℃的苯甲酸晶体熔液中进行质子交换5小时，制备出渐变折射率分布波导；⑤退火；⑥最后再用70℃的磷酸腐蚀掉衬底上剩下的铝膜，并作端面抛光。