[发明专利]一种优化波导的方法及十字波导交叉器

说明书

本文公开了一种优化波导的方法及十字波导交叉器。所述优化波导的方法，包括：将宽度渐变的准绝热波导锥段分解为N段直波导，设置每一段直波导的形状模型；其中，第i段直波导的形状模型为L_i＝f(W_i)，1≤i≤N，L_i是第i段直波导在波导传播方向上的长，W_i是第i段直波导的截面的宽，所述截面与波导传播方向垂直；根据每一段直波导的传输矩阵和相邻两段直波导间的耦合传输矩阵确定目标长度的准绝热波导锥段的传输矩阵T；根据准绝热波导锥段的插损指标优化所述准绝热波导锥段的形状模型的参数；根据所述形状模型和优化后得到的参数确定所述准绝热波导锥段的形状。本文的技术方案能够减小波导尺寸，降低插损。

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及的是一种优化波导的方法及十字波导交叉器。

背景技术

近些年，快速低成本高集成度的硅基光子集成芯片在技术上得到了大力的发展，并逐渐走向商用。硅基光子集成芯片应用领域广泛，比如光网络开关。光网络开关能够不用转换到数字领域就完成开关光信号的功能，很有应用前景，如全光网络，数据中心，光互联等。硅光子开关由不同长度的光波导，多个光开关单元以及多个波导交叉结构组成。更低插损，更低串扰的波导交叉结构至关重要。

常用的波导交叉结构包括多层波导交叉结构和单层波导交叉架构。多层波导交叉结构，具有极低的串扰和插损，但是制备工艺复杂。单层波导交叉结构，其由波导十字(Crossing)与波导锥段(Taper)组成，十字结构的波导往往比单模波导更宽，以降低插损。

单层波导交叉结构中，根据多模干涉成像原理(Multimode Interference，MMI)优化的波导交叉具有插损较低，尺寸小的特点，但是工艺容差也小，有一定波长相关性；为了降低波导十字的插损，可以采用大宽度的波导十字区域，为了降低锥段(Taper)区域的基模传播插损，一般采用很长的线型或者指数型的波导锥段Taper，这种波导交叉可以做到较小的插损和大的工艺容差，但是尺寸很大。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种优化波导的方法及十字波导交叉器，能够减小波导尺寸，降低插损。

本发明实施例提供一种优化波导的方法，包括：

将宽度渐变的准绝热波导锥段分解为N段直波导，设置每一段直波导的形状模型；其中，第i段直波导的形状模型为L_i＝f(W_i)，1≤i≤N，L_i是第i段直波导在波导传播方向上的长，W_i是第i段直波导的截面的宽，所述截面与波导传播方向垂直；

根据每一段直波导的传输矩阵和相邻两段直波导间的耦合传输矩阵确定目标长度的准绝热波导锥段的传输矩阵T；

根据准绝热波导锥段的插损指标优化所述准绝热波导锥段的形状模型的参数；

根据所述形状模型和优化后得到的参数确定所述准绝热波导锥段的形状。

本发明实施例提供一种十字波导交叉器，包括：

结构相同的第一波导和第二波导，所述第一波导和第二波导在中心垂直交叉；

所述第一波导包括第一输入准绝热波导锥段，第一交叉区域波导分段和第一输出准绝热波导锥段，所述第一输入准绝热波导锥段包括窄口和宽口并通过所述宽口与所述第一交叉区域波导分段的第一端连接，所述第一输出准绝热波导锥段包括窄口和宽口并通过所述宽口与所述第一交叉区域波导分段的第二端连接；

所述第二波导包括第二输入准绝热波导锥段，第二交叉区域波导分段和第二输出准绝热波导锥段，所述第二输入准绝热波导锥段包括窄口和宽口并通过所述宽口与所述第二交叉区域波导分段的第三端连接，所述第二输出准绝热波导锥段包括窄口和宽口并通过所述宽口与所述第二交叉区域波导分段的第四端连接；