[发明专利]三维多层波导模式复用和解复用器及制备方法

说明书

本发明涉及三维多层波导模式复用和解复用器及制备方法，属于光通信器件技术领域，具体针对模分复用系统。本发明通过三维多层波导集成结构，突破传统二维平面波导结构限制，增加器件集成维度，提高器件集成度和灵活性，从而进一步提高系统通信容量。通过三维波导的上下两层波导任意一侧边界对齐，实现基模与高阶模直接立体耦合，克服传统三维模式复用器无法实现模式直接耦合的缺陷，简化器件结构及复杂度。本发明可基于成熟的CMOS工艺制备，实现高效率、低成本与批量化制造；本发明，可实现模式立体灵活耦合，为片上模式复用技术打下良好基础，可进一步实现应用于模分复用网络的灵活模式路由。

技术领域

本发明涉及三维多层波导模式复用和解复用器及制备方法，属于光通信器件技术领域，具体针对模分复用系统。

背景技术

通信行业迅猛发展，大数据时代对通信网络的传输提供了更高的要求，人们对 带宽的容量需求与日俱增。传统光通信系统中应用最为广泛的是波分复用技术 (Waveguide-division multiplexing，WDM)。但是现如今，人们面临着带宽需求远超 过WDM技术所能提供的带宽容量这一严峻问题，由此，模分复用技术(Mode-division multiplexing，MDM)获得了人们的关注。

MDM技术，利用光纤或者波导中的不同模式来实现不同通道的数据传输，为 光通信复用技术增加了一个方向，具有更小的体积及更高的信息密度，从而实现更 高的集成度。

目前实现模式复用的方法主要有：利用多模干涉器分束后调整相位实现模斑匹配的方案、基于耦合模式理论的非对称定向耦合器方案、基于模式绝热演变的原理 的非对称的Y分支结构或者定向耦合器的结构。

当前的模分复用技术方法基本上都是基于二维平面工艺的模式复用和解复用器，这些二维平面工艺的模分复用技术限制了器件的集成度，不足以满足人们对于 信息传输的需求。为了进一步扩充通信容量、提高集成度，人们提出了基于三维多 层波导立体工艺的波导传输技术。通过三维多层波导集成结构，突破传统二维平面 波导结构限制，增加器件集成维度，提高器件集成度和灵活性，从而进一步提高系 统通信容量。当前实现的三维模式复用技术需通过模式旋转器来完成对三维模式复 用技术的应用，该实现方法增加了器件体积及工艺复杂程度，需进一步优化使用。

本发明提出一种三维多层波导模式复用器和解复用器。通过对传统二维平面波导模式复用和解复用器进行改进，结构上区别于传统的二维平面波导结构，实现了 在三维空间中搭建立体多层波导模式复用和解复用器，通过上下两层波导的任意一 侧边界对齐，实现结构方面的创新，并可实现模式直接耦合，克服传统三维器件无 法直接耦合的缺陷，从而达到拓宽通信容量、满足人们日益增长的大通信容量的需 求。

发明内容

本发明目的在于提供一种三维多层波导模式复用和解复用器结构及制备方法，突破传统的二维平面波导结构限制，通过三维多层波导集成结构，增加器件集成维 度，提高器件集成度和灵活性，从而进一步提高系统通信容量，满足人们对带宽持 续增长的需求。通过上下波导任意一侧边界对齐结构实现模式直接立体耦合，克服 传统器件无法直接耦合，需要添加额外器件的缺陷。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种三维多层波导模式复用和解复用器，包括：衬底层，在衬底 层上设有下包层，在下包层上设有下层波导，在下层波导上铺设有中间隔离层，在 中间隔离层上设有上层波导，在上层波导上覆盖有上覆盖层，下层波导的任意一侧 边界和上层波导的任意一侧边界对齐，且下层波导和上层波导的波导宽度中心错位 大于0小于5μm。

此三维多层波导结构，具有双向对称性；尺寸方面，下层波导4和上层波导3 高度相同，宽度不同。

本发明所述的一种三维多层波导模式复用和解复用器的制备方法：