[发明专利]一种基于模阶转换的分束器

说明书

本发明公开了一种基于模阶转换的分束器，涉及光分束器技术领域。该分束器包括顺次相连的用于模阶转换的梯形波导、用于扩束的扩束梯形波导以及用于实现分束和基模输出的组合波导结构。基模光束进入用于模阶转换的梯形波导转换成高阶模；高阶模再经过扩束梯形波导进行扩束后，进入组合波导结构；组合波导结构对扩束后的光束进行分束并使出射口光束变为基模后射出，最终得到一定分光比的多束光束。本发明的分束器不但对制作工艺要求低、成品率高，而且带宽大、插损低。

技术领域

本发明涉及光分束器技术领域，具体来讲是一种基于模阶转换的分束器。

背景技术

分束器是光通信中的一个重要器件，目前使用的分束器可归纳为两种，第一种是基于定向耦合器的分束器，第二种是基于多模干涉仪的分束器。目前存在的问题是：

1、定向耦合器的波导宽度对耦合效率有很大影响，而制作工艺很难按设计宽度做出波导，所以其工艺容差低，而且由于不同波长的耦合系数变化很大，所以其带宽小；

2、多模干涉仪基于自映像原理，波长相关性大，所以其带宽小，偏离中心波长的插损大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的分束器存在对制作工艺要求高、成品率低，带宽偏小、插损大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：提供一种基于模阶转换的分束器，该分束器包括顺次相连的用于模阶转换的梯形波导、用于扩束的扩束梯形波导以及用于实现分束和基模输出的组合波导结构；基模光束进入用于模阶转换的梯形波导转换成高阶模TE_i，i为正整数；高阶模TE_i再经过扩束梯形波导进行扩束后，进入组合波导结构；组合波导结构对扩束后的光束进行分束并使出射口光束变为基模后射出，最终得到一定分光比的多束光束。

在上述技术方案的基础上，所述用于模阶转换的梯形波导可采用第一对称梯形波导，实现基模与高阶偶数阶模之间的转换；还可采用第一非对称梯形波导，实现基模与高阶偶数阶模或者基模与高阶奇数阶模之间的转换。

在上述技术方案的基础上，所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成TE₁模，所述组合波导结构包括第一梯形波导和第二梯形波导；TE₁模模场有两份强度相等的等份，模式经扩束梯形波导进行扩束时，两等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口中心处用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第一梯形波导和第二梯形波导，光从第一梯形波导和第二梯形波导出射后均为基模，且分光比为1：1，即形成由TE₁模为过渡模的3dB分束器。

在上述技术方案的基础上，所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导或第一对称梯形波导将基模转换成TE₂模，所述组合波导结构包括第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导；TE₂模模场有三份强度相等的等份，TE₂模经扩束梯形波导进行扩束时，三等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上分别距出口上边沿1/3宽度处和2/3宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导，光从第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导出射后均为基模，且分光比为1：1：1，即形成由TE₂模为过渡模的三等分分束器。