[发明专利]一种低散射损耗交叉波导及其制造方法

说明书

本发明涉及一种低散射损耗交叉波导及其制造方法，波导包括芯层及包层，芯层包括至少两个微扰结构，微扰结构能够激发一个或多个高阶模式或能够将高阶模的能量分配至基模中；交叉波导包括相互交叉的第一波导与第二波导，第一波导与第二波导均具有芯层与包层；第一波导和/或第二波导的芯层上间隔设置有至少两组微扰结构，至少一组微扰结构位于输入波导部分，至少一组微扰结构位于输出波导部分；输入波导部分的微扰结构将基模激发为一个或多个高阶模，使得模场振幅的聚焦发送在交叉点的中心位置处，输出波导的微扰结构将高阶模的能量重新分配至基模中，使得信号功率集中在基模中。本发明通过在波导上设置微扰结构改变模场模式，结构简单。

技术领域

本发明属于一种光信号传输装置，具体涉及一种波导、低散射损耗交叉波导及其制造方法。

背景技术

在高密度的集成光路中，波导之间的交叉是不可避免的。当一根波导穿过另一根波导如图1所示时，光在传输过程中会有一定的散射损耗。损耗来自于交叉区域光场的散射，交叉区域处的波导不能很好地限制光场，模场在交叉区域也会发散，其相位的前沿形成抛物线型的弯曲，具有发散波的特征(如图2A及图2B所示)。交叉区域另一侧的波导(即原波导的延续部分)不能够很好地接受该发散的模场。

发明内容

图3A给出的是一个有两根直波导垂直交叉形成的波导交叉结构俯视图，图3B给出的是宽度为w高度为h的矩形波导截面图，图3C给出的是从波导左侧输入基模向右传播的模场仿真图。可以看出，交叉处引起模场的扰动和功率的损失。图中所用的仿真参数为w＝2.5μm，芯层折射率n_co＝1.70，包层折射率n_cl＝1.45，波长为1.55μm。波导可以认为是平板波导(h非常大)。在波导交叉处，有5.1％的功率损失。

交叉处的散射损耗可以通过合理地设计波导结构来达到最小。既然光场在交叉区域趋向于发散，故理论上可以设计一个透镜使其重新聚焦于输出波导上。

波导可以通过激发基模和一个或多个高阶模的混合模场来模拟棱镜的作用。当基模和高阶模在波导中同时传输时，光场在传播过程中会周期地发散或会聚，这可以看作是周期地聚焦和离焦。图4A中所示的平板波导的宽度为W，芯层折射率为n_co，包层折射率为n_cl，长度为L。基模由波导左侧输入向右边传输。离基模输入一段距离处，同时输入三阶模，在该仿真过程中，三阶模场的能量是基模能量的3％。图4B显示的是波导中的模场图，其中，A为基模输入处，B为三阶模输入处，在三阶模输入之后，波导中的模场在传输过程中出现周期性的发散和会聚。如果波导的交叉区域正好在模场的会聚区域，则该结构的散射损耗会降低。

通过上述分析，本发明的目的是提供一种具有微扰结构的波导、低散射损耗交叉波导及其制造方法，通过在交叉波导上设计微扰结构，使模场振幅的聚焦发生在交叉点中心位置处。

本发明的技术解决方案是提供一种波导，包括芯层及包层，其特殊之处在于：上述芯层包括至少两个微扰结构，上述微扰结构能够激发一个或多个高阶模式或能够将高阶模的能量分配至基模中。

优选地，上述微扰结构可以是位于波导芯层外壁。

优选地，上述微扰结构可以为向芯层轴向中心线方向凹进或向包层方向凸起的结构。

优选地，两两凹进或两两凸起结构可以分别分布在芯层相对的两个壁面。

优选地，凹进或凸起部位均为矩形柱体。

优选地，为了减少设计时间，两两凹进或两两凸起结构沿波导轴向中心线对称设置。

本发明还提供一种低散射损耗交叉波导，其特殊之处在于：包括相互交叉的第一波导与第二波导，第一波导与第二波导均具有芯层与包层，定义第一波导与第二波导在交叉点前的部分均为输入波导部分，位于交叉点后的部分均为输出波导部分；