[发明专利]一种基于弱限制大截面光波导的双偏振模式复用-解复用器

说明书

技术领域

本发明涉及一种复用-解复用器，尤其是涉及用于模式复用系统的一种基于弱限制大截面光波导的双偏振模式复用-解复用器。

背景技术

众所周知，长距离光通信已经取得巨大成功。同样地，光互连作为一种新的互联方式，可克服传统电互联存在的瓶颈问题，引起了广泛关注。自1984年J.W.Goodman提出在VLSI中采用光互连方案以来，光互连研究已取得了巨大进展。当前光互连不断向超短距离互联推进，其通信容量需求日益增长。针对光互连系统数据传输量大的特点，最直接的方法是借用长距离光纤通信系统中常用的波分复用(WDM)技术。

然而，波分复用系统需要多路激光器或可调谐激光器等价格昂贵的元件或模块，因而成本很高，很大程度上将限制它在光互联系统中的广泛应用。因此，亟需发展新的复用技术，从而降低波分复用系统的成本。模式复用技术在多模光纤通信中很早就被提出，但由于光纤模式控制(如转化、激发)技术的难题使之进展缓慢。最近，人们提出采用少模光纤技术，可将通信容量提升数倍，并有效克服模间串扰，因而成为当前的研究热点。对于基于少模光纤的模式复用系统，其核心器件是模式(解)复用器，用于实现各阶模式的合/分。文献【Maxim Greenberg等，“Simultaneous dual mode add/drop multiplexers for optical interconnects buses，”Optics Communications 266(2006)527–531】设计了一种基于功率渐变(adiabatic power transfer)原理的双模插分复用器，同时上传/下载两个模式，但其设计复杂，不易于拓展，且仅工作于单个偏振。文献【S.Bagheri,and William M.J.Green“Silicon-on-insulator mode-selective add-drop unit for on-chip mode-division multiplexing,”6th IEEE International Conference on Group IV Photonics,2009(GFP'09),Page(s):166-168,9-11Sept.2009】给出了一种基于多级模式耦合的双模插分复用器，但仅实现了基模和第一高阶模的复用，其结构复杂、设计不便、器件尺寸大、且不易于扩展至更多通道的模式复用。文献【Daoxin Dai,Jian Wang,and Yaocheng Shi,Silicon mode(de)multiplexer enabling high capacity photonic networks-on-chip with a single-wavelength-carrier light,Opt.Lett.38,1422-1424,2013】给出了一种基于级联非对称耦合器的多通道集成光波导模式复用-解复用器，易于扩展，可实现多通道。在此基础上，文献【Jian Wang,Sailing He,and Daoxin Dai.On-chip silicon 8-channel hybrid(de)multiplexer enabling simultaneous mode-and polarization-division-multiplexing.Laser&Photonics Reviews.8(2):L18–L22,2014】给出了一种实现双偏振模式复用器，可实现两组正交偏振态的基模及高阶模的合/分。其原理是：对于两个正交偏振态基模的合/分，采用一个常规偏振复用器来实现；然后依次针对各偏振态的各个高阶模，分别利用一个优化设计的非对称耦合器将耦合合到总线波导上。这种设计要求非对称耦合器具有显著的偏振敏感性，通常需采用超高折射率差光波导方可实现，因而比较适合于片上光互连系统，但与少模光纤耦合则存在一定困难。因此，现有技术缺少一种适合于便于与少模光纤耦合的多通道集成光波导双偏振模式复用-解复用器。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种基于弱限制大截面光波导的双偏振模式复用-解复用器，从而实现将多路信号分别加载至同一条多模波导的N个本征模上，形成模式复用，实现大容量的数据传输。进一步的结合偏振复用技术，进一步地扩大容量。

本发明采用的技术方案如下：