[发明专利]棱镜-光栅光波导耦合器及光波导设备

权利要求书

1.一种棱镜-光栅光波导耦合器，其特征在于,包括依次设置在光传输路径上的棱镜、制作在平面波导上的光栅、以及模式转换器，所述棱镜与所述光栅之间留有用于形成消逝场的空气间隙，所述平面波导和所述模式转换器形成在预先选定的高折射率光波导材料上，

所述棱镜的折射率与所述光栅的光栅周期的设置满足于下式所设定的条件：

noff=γλΛ+np2inθp]]>

其中，n_off＝β_m/k₀为m阶光波导模式的有效折射率，β_m为光波导的m阶光波导模式传播常数，k₀＝2π/λ为入射光在自由空间的传播矢量；γ为光栅的衍射级数，γ为任意整数；n_p为棱镜的折射率；λ为自由空间入射光在真空中的波长；Λ为光栅周期；θ_p为棱镜内部入射光在棱镜-空气界面与法线的夹角，其中θp≥θpc,θpc=arcsin(1/np)]]>为棱镜内部入射光在棱镜-空气界面的全反射临界角；

制作有光栅的平面波导、模式转换器和脊型波导沿着光传输路径形成在所述光波导材料上并依次连接，所述模式转换器包括脊宽沿波导光传播方向由宽渐窄的脊型部分，所述模式转换器的脊型部分的两端分别连接所述平面波导和所述脊型波导，所述模式转换器将耦合进来的波导模式转化为所述脊型波导中的波导模式。

2.如权利要求1所述的棱镜-光栅光波导耦合器，其特征在于,所述模式转换器的脊型部分与所述制作有光栅的平面波导相连的一端的脊宽等于所述平面波导的宽度，与所述脊型波导相连的另一端的脊宽等于所述脊型波导的脊宽。

3.如权利要求1所述的棱镜-光栅光波导耦合器，其特征在于,所述由宽渐窄的脊型部分为锥形。

4.如权利要求1所述的棱镜-光栅光波导耦合器，其特征在于,所述模式转换器和所述脊型波导的脊型区域的横截面均为矩形，且所述模式转换器的脊型部分与所述脊型波导的内、外脊的高度对应相等。

5.如权利要求1所述的棱镜-光栅光波导耦合器，其特征在于,所述高折射率光波导材料为绝缘体上硅。

6.如权利要求1所述的棱镜-光栅光波导耦合器，其特征在于,所述光栅的面积小于所述平面波导的面积。

7.如权利要求6所述的棱镜-光栅光波导耦合器，其特征在于,所述平面波导上所述光栅与所述模式转换器之间留有预定的空白区域。

8.如权利要求1至7任一项所述的棱镜-光栅光波导耦合器，其特征在于,所述棱镜在所述光栅的上方，所述光波导的光传输路径沿水平方向延伸，所述棱镜的光入射侧面在所述光栅上的投影的长度方向与所述光传输路径一致。

9.如权利要求1至7任一项所述的棱镜-光栅光波导耦合器，其特征在于,所述有效折射率取0阶光波导模式的有效折射率，所述衍射级数取1。

10.一种光波导设备，其特征在于,包括权利要求1至9任一项所述的棱镜-光栅光波导耦合器。