[发明专利]一种基于耦合模式分离的光分束器

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于光通信、光互连、光计算、集成光学、光学传感等领域的光分束器，特别是涉及一种可实现任意分光比、插入损耗低、波长范围宽以及工艺容差大的基于耦合模式分离的2×2光分束器。

背景技术

光分束器是一种重要的光学基本元器件，广泛应用于光通信、光互连、光计算、集成光学、光学传感等领域。目前常用的2×2光分束器主要包括定向耦合型分束器和多模干涉型分束器，随着集成度的增加两种分束器的尺寸不断减小，二者的缺陷变得日益显著。定向耦合型分束器的原理是基于耦合模式的干涉，由于耦合模式对波长和耦合区结构很敏感，所以这种分束器的工作波长范围很窄，工艺容差也很小。多模干涉型分束器基于多模干涉的自映像原理，主要用于均匀分光，因而其分束比变化范围很有限；2×2的多模干涉型分束器的两条输出波导与某一输入波导间存在不对称结构，为了实现均匀分光，就会激发起辐射模，因而插入损耗比较大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了克服上述光分束器的不足，本发明提出了一种基于耦合模式分离的2×2光分束器。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于耦合模式分离的光分束器，该光分束器包括相邻的第一波导1和第二波导2，用于实现2×2的光分束；其中，第一波导1和第二波导2的间距逐渐减小且波导尺寸不变构成耦合模式激发区，然后第一波导1和第二波导2的间距逐渐增大且波导尺寸向相反方向变化构成耦合模式分离区。

上述方案中，所述第一波导1和第二波导2是平面波导或非平面波导。所述平面波导是条形、脊形、圆形、椭圆形或狭缝形波导，所述非平面波导是光纤。

上述方案中，在所述耦合模式激发区该第一波导1和该第二波导2结构相同，该光分束器是均匀分束。

上述方案中，在所述耦合模式激发区该第一波导1和该第二波导2结构不相同，该光分束器是非均匀分束。

上述方案中，在所述耦合模式激发区该第一波导1和该第二波导2的间距逐渐减小的方式包括：线性或圆弧型、椭圆弧型、指数型、抛物型、双曲型的非线性绝热渐变方式。

上述方案中，在所述耦合模式分离区该第一波导1和该第二波导2的间距逐渐增大的方式包括：线性或圆弧型、椭圆弧型、指数型、抛物型、双曲型的非线性绝热渐变方式。

上述方案中，当在所述耦合模式激发区该第一波导1和该第二波导2的结构相同时，在所述耦合模式分离区该第一波导1和该第二波导2的尺寸向相反方向变化，包括：任选耦合模式分离区的一条波导的尺寸向有效折射率增大或减小的方向变化，而另一条波导的尺寸不变；或者任选耦合模式分离区的一条波导的尺寸向有效折射率增大的方向变化，同时另一条波导的尺寸向有效折射率减小的方向变化。

上述方案中，当在所述耦合模式激发区该第一波导1和该第二波导2的结构不同时，在所述耦合模式分离区该第一波导1和该第二波导2的尺寸向相反方向变化，包括：只将耦合模式分离区的有效折射率较大的波导的尺寸向有效折射率增大的方向变化，或者只将耦合模式分离区的有效折射率较小的波导的尺寸向有效折射率减小的方向变化，而另一条波导的尺寸不变；或者将耦合模式分离区的有效折射率较大的波导的尺寸向有效折射率增大的方向变化，同时有效折射率较小的波导的尺寸向有效折射率减小的方向变化。

上述方案中，在所述耦合模式分离区该第一波导1和该第二波导2的尺寸向相反方向变化，其变化方式包括：线性或圆弧型、椭圆弧型、指数型、抛物型、双曲型的非线性绝热渐变方式。

(三)有益效果

因为分配到两耦合模式中的光能量比例可以通过改变耦合模式激发区的结构来任意调整，所以本发明提供的光分束器可以实现各种不同的分光比。又因为本发明提供的光分束器基于绝热模式变化来实现耦合模式的分离，所以还具有插入损耗低、波长范围宽以及工艺容差大等优点。

附图说明

图1(a)和图1(b)是本发明提供的基于耦合模式分离的光分束器的结构示意图，其中图1(a)对应分束比为0.5/0.5的均匀分束，图1(b)对应非均匀分束。

图2(a)和图2(b)是束传播法模拟的分束比随传输长度变化的曲线，其中图2(a)实现了0.5/0.5的均匀分束，图2(b)则实现了0.9/0.1的非均匀分束。

附图标记说明：

1-0：第一波导1的输入端  1-1：第一波导1的耦合模式激发区

1-2：第一波导1的耦合模式分离区

2-0：第二波导2的输入端  2-1：第二波导2的耦合模式激发区