[发明专利]具有多层结构的模式变换器和光分路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成光电子器件，特别是一种模式变换器和光分路器。

背景技术

以绝缘衬底上的硅SOI为基片的光波导和平面光集成回路PLC，可以帮助降低光芯片的成本，并实现多功能单片集成。但在基于SOI或其他高材料折射率对比的平面光集成回路中，分支节处的散射损耗是构造低损耗器件的障碍。

发明专利200810092207.0公开了一种基于并行模式变换器的SOI光分路器，见图1。该光分路器由入射耦合光波导1、单通道模式变换器2、横向自由传播区3和模式变换器4依次连接组成。单通道模式变换器2由两层脊波导构成，光纤和波导之间的耦合效率不高。横向自由传播区3由深度刻蚀形成，存在横向轮廓限制，厚度的突变使得光场在传输方向上变得不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多层结构的模式变换器和光分路器，解决的技术问题是在SOI光集成回路中提高光纤到光器件的耦合效率、提高光分路器的分光效率、降低光分路器的分支节处的光损耗，在已有的基于并行模式变换器的SOI光分路器基础上进一步提高性能。

本发明通过下述技术方案予以实现：

一种具有多层结构的模式变换器，包括平板波导和其上所设的脊波导。所述脊波导输入端为位于所述平板波导上的单脊波导，所述脊波导的层数为三层或三层以上。所述脊波导各层的宽度从输入端到输出端逐渐变窄，宽度减小到一定值后，该脊波导层截断，所述脊波导总层数减少一层，从而使得所述脊波导的高度逐步变小。越靠近平板波导的脊波导层截断的位置离输入端越远。所述模式变换器的输出端由单层平板波导或单层脊波导构成。

一种光分路器，以绝缘体上硅为基片，由入射耦合光波导、具有多层结构的模式变换器、横向自由传播区、并行模式变换器、多路并行的分支弯曲脊波导、多路并行的输出光波导依次连接组成。所述具有多层结构的模式变换器的脊波导的层数为二层或二层以上，脊波导各层的宽度从输入端到输出端逐渐变窄，宽度减小到一定值后，该脊波导层截断，即所述脊波导层数减少一层，从而使得所述具有多层结构的模式变换器的脊波导的厚度逐渐变小，越靠近所述光平板波导的具有多层结构的模式变换器。脊波导层截断的位置离输入端越远，所述模式变换器输出端由单层平板波导或单层脊波导构成。其中：

所述光分路器的横向自由传播区由前述平板波导构成，无横向限制。

所述光分路器的并行模式变换器的各路并行脊波导的宽度从输入端到输出端逐渐增加。

所述光分路器的分支弯曲脊波导包括弯曲脊波导和位于其上的单层脊波导，所述单层脊波导由所述并行模式变换器各路并行脊波导延伸而成，其宽度逐渐变小，直至截断；所述弯曲脊波导由前述平板波导向底部刻蚀形成，各路弯曲脊波导各自具有一定的弯曲半径，弯曲脊波导的末端平行接前述多路互相并行。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种具有多层结构的模式变换器和光分路器具有这样的有益效果：

1、本发明与现有技术相比，模式变换器的多层结构提高了光纤到SOI光器件的耦合效率。

2、在光分路器的横向自由传播区域，对横向结构的轮廓不做任何限制，可以减少一次刻蚀工艺，同时提高模式在光器件中传输的稳定性。

3、光分路器的分支弯曲脊波导的弯曲脊波导由平板波导向底部刻蚀形成，通过厚度的减小来实现弯曲半径的减小，从而减小整个光器件的尺寸。

附图说明

图1是发明专利200810092207.0公开的一种基于并行模式变换器的SOI光分路器

图2是本发明公开的一种具有多层结构的模式变换器的结构示意图，以三层脊波导为例。

图3(a)-(f)是对应图2模式变换器沿传输方向上a-f处横截面的光场分布图。

图4是本发明公开的一种光分路器整体结构的俯视图。

图5是本发明公开的一种光分路器中的并行模式变换器的结构示意图。

图6是图4中A处的局部放大示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进行详细地说明：