[发明专利]脊波导耦合的Y型分支器和由其构成的1×N分支器

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成光电子器件，特别是一种脊波导耦合的Y型分支器和由其构成的1×N的分支器。

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，而其中“Y型分支器”是光波导和PLC中一种运用广泛的分流结构。在基于SOI或其他高材料折射率对比的光波导和PLC中，光在行进到分支结处时，光波会被忽然出现在前方的二氧化硅或其他低折射率材料散射，在分支结处产生较大的额外损耗。通用的以二氧化硅为基片的Y型分支器的额外损耗小于0.5dB，而一个典型的基于SOI的Y型分支器的额外损耗大于1dB，可见如何降低这一额外损耗是构造低损耗器件的难题。

公开号为CN 101546014A的专利申请提出了模式渐变原理的大宽带Y型分支器，其结构包含一条渐变输入光波导和两条S型锥形输出光波导，三条波导完全不连通。这个Y型分支器试图利用模式耦合渐变原理降低传统Y型分支器由于支节处尖角的光刻限制而形成的额外损耗，但其结构严重不合理并不适用于高折射率对比材料，由于三条波导完全不连通，除非尺寸极小，高折射率对比材料波导无法发生有效耦合，而S型锥形光波导这种简单的结构，使器件性能很难优化，此外模式耦合渐变要求很长的耦合距离，这要求S型的曲率小，而小的S型曲率又无法满足Y分支张开的要求。

发明内容

本发明酝酿成形于2006年12月，本发明的目的是提供一种脊波导耦合的Y型分支器和由其构成的1×N分支器，通过波导脊型结构的精巧设计，使光场可以通过连通的平板层实现无散射的分流和分离，以降低Y型分支器中分支结构分支结处的散射损耗，并减小器件结构尺寸。

本发明采用以下技术方案实现：

一种脊波导耦合的Y型分支器，由脊波导结构组成，所述脊波导结构由在高折射率材料的平板层上制作脊型结构并覆盖低折射率材料而形成；

所述Y型分支器从输入到输出依次由输入渐变脊波导结构、输出渐变脊波导结构和分支脊波导结构组成；

所述输入渐变脊波导结构由输入波导脊和平板层组成，所述输入波导脊从起始端到结束端宽度由宽逐渐变窄，且结束端的宽度不大于其平板层的高度；

所述输出渐变脊波导结构由两支输出波导脊和平板层组成，所述两支输出波导脊分列所述输入波导脊的两侧，其宽度从起始端到结束端由窄逐渐变宽，且起始端的宽度不大于其平板层的高度，所述两支输出波导脊的波导轴分别与所述输入波导脊的波导轴成一定张角；

所述分支脊波导结构由两支分支波导脊和平板层组成，所述两支分支波导脊分别与所述两支输出波导脊相连；

所述输入渐变脊波导结构、输出渐变脊波导结构和分支脊波导结构的平板层连通，且各个平板层的高度相同，而所述输入渐变脊波导结构的波导脊和所述输出渐变脊波导结构的波导脊不连通，且各波导脊之间由沟槽隔离；

所述输入波导脊的宽度变化率与所述两支输出波导脊的宽度变化率和张角相对应，即当所述输入波导脊宽度变化率较大时，所述两支输出波导脊的宽度变化率和张角也相应较大。

如前所述的脊波导耦合的Y型分支器，在一些实施例中，所述两支输出波导脊的波导轴与输入波导脊的波导轴之间的张角为零。

如前所述的脊波导耦合的Y型分支器，所述两支输出波导脊关于所述输入波导脊的波导轴对称或者不对称。如前所述的脊波导耦合的Y型分支器所述两支输出波导脊的波导轴与输入光场在其起始端处的波前法线方向一致，或者所述两支输出波导脊的波导轴上任意一点的切线方向与输入光场在该点处的波前法线方向始终一致。

如前所述的脊波导耦合的Y型分支器，当所述两支输出波导脊的起始端位于所述输入波导脊的起始端和结束端之间时，前述各沟槽底部到各平板层的垂直距离与其下方的平板层高度相等或者不相等，且隔离所述输入波导脊和所述两支输出波导脊的沟槽关于所述输入波导脊的波导轴对称或者不对称。所述各沟槽底部到所述各平板层底部的垂直距离沿光传播方向一致或者变化。当所述垂直距离沿光传播方向变化时，其变化趋势为先增大后减小。

如前所述的脊波导耦合的Y型分支器，所述两支输出波导脊的起始端也可以与所述输入波导脊的结束端在同一与光传播方向垂直的截面上。

如前所述的脊波导耦合的Y型分支器，其中，所述输入波导脊的边缘和与其相邻的所述两支输出波导脊边缘平行或者不平行。

一种由前述的脊波导耦合的Y型分支器构成的1×N分支器，其中，所述1×N分支器由N-1个所述Y型分支器级联构成。