[发明专利]一种多模干涉型六端环形器

说明书

技术领域

本发明涉及光学环形器，尤其涉及一种基于多模干涉型六端光学器件。

背景技术

光学环形器(Optical circulator)是一种光学非可逆装置，它按某一特定顺序，引导一个端口的光到另一端口。目前光纤网络应用中常见的环形器有三到六个端口。环形器作为一种构造功能性网络模块的必要元件，广泛应用于光上下路复用，色散补偿，光放大回路等光学系统。随着光通信系统的复杂化，多输入输出端口的器件需求广泛。传统的环形器借助法拉第旋转器，偏振器等微光学元件搭建而成，系统复杂且繁于调节，不便于集成。利用集成光学的方法制作光学环形器，集成度高、结构紧凑、高能量利用率、速度快。传统的波导型非互易器件大多采用迈克尔曾德干涉结构，并用结构直观的Y分支或是2×2的多模干涉耦合结构来实现干涉臂前后的3dB功率分配(如日本专利JP2003302603)。此外还有方向耦合结构，或是直接利用多模波导中各模式的非互易特性对某一偏振模的隔离(O.Zhuromskyy.et.al，Opt & Quantum Electron.Vol.32：885-897，2000)，进而实现四端口的环形器。这些设计大多限于隔离器或四端口的环形器，并未充分利用多模干涉的相位特性来实现多端口的环形功能。基于多模干涉原理的器件具备良好的级联重建和组合功能，各端口间有规律的相位关系，制作容差较大，用来构建多端口的非互易光路有很大优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于3×3多模干涉耦合器结构的六端口光学环形器，是有关利用多模波导成像特性来实现光波在多端口间环路运行的器件。

本发明采用的技术方案如下：

包括六个接入波导、两个矩形多模波导、十二个锥形波导，两根非互易中间波导和一根互易中间波导；第一个矩形多模波导的一端通过第一、第二和第三个锥形波导分别过渡连接到第一、第二和第三个接入波导，第一个矩形多模波导的另一端通过第四、第五和第六个锥形波导分别过渡连接到两根非互易中间波导和一根互易中间波导的一端；两根非互易中间波导和一根互易中间波导的另一端通过第七、第八和第九个锥形波导分别过渡连接到第二个矩形多模波导的一端；第二个矩形多模波导的另一端通过第十、第十一和第十二个锥形波导分别过渡连接到第四、第五和第六个接入波导。

所述的两根非互易中间波导含有磁光材料，其非互易特性是永久磁性或由外加磁场激励所得；并具有方向相反的非互易相移，两根非互易中间波导位于互易中间波导的两侧，或位于互易中间波导的同一侧。

本发明具有的有益的效果是：

利用多模波导的多模干涉产生重叠成像的原理，在三像点处引出干涉臂，并在干涉臂处引入适当非互易相移量，来实现多模干涉型六端光环形器。这种光环形器具有制作简单，结构紧凑，端口数多，宽工作带宽和易于集成等特点，在光网络、光计算和光信息处理等方面有广泛的应用前景。

附图说明

图1是基于3×3多模干涉耦合器结构的六端环形器的功能平面图。

图2是六端环形器的原理图。

图3是六端口环形器的工作状态模拟图。

图4是六端口环形器的三维立体图。

图5是在非互易连接波导处，垂直于传输方向的截面图。

图中：1.接入波导，2.多模波导，3.锥形波导，4.非互易中间连接波导，5.互易中间连接波导，6.SiO2衬底，7.Ce:YIG磁光膜，8.N-S-N的永磁体，9.磁体产生出的磁场。P1.第一端口，P2.第二端口，P3.第三端口，P4.第四端口，P5.第五端口，P6.第六端口。

具体实施方式

如图1、图2，图4和图5所示，本发明包括六个接入波导1、两个矩形多模波导2、十二个锥形波导3，两根非互易中间波导4和一根互易中间波导5；第一个矩形多模波导2的一端通过三个锥形波导3分别过渡连接到三个接入波导1，另一端通过三个锥形波导3分别过渡连接到两根非互易中间波导4和一根互易中间波导5的一端；两根非互易中间波导4和一根互易中间波导5的另一端通过三个锥形波导3过渡连接到第二个矩形多模波导2的一端；第二个矩形多模干涉波导2的另一端通过三个锥形波导3分别过渡连接到另三个接入波导1。

所述的两根非互易中间波导4含有磁光材料，其非互易特性可以是由材料的永久磁性提供，也可以是由外加磁场激励所得；并具有方向相反的非互易相移，两根非互易中间波导位于互易中间波导5的两侧，或位于互易中间波导5的同一侧。