[发明专利]一种基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用集成器

说明书

本发明公开了一种基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用集成器，包括：包层和位于包层内部的两个输入单模波导，两个弯曲波导，两个单模直波导，以及，带沟槽的多模直波导。第一直波导与多模直波导组成第一耦合区，第一耦合区后是第一沟槽，第二直波导与多模直波导组成第二耦合区，第二耦合区后是第二沟槽。传输TE₀₀模的直波导经第一耦合区和两个沟槽后生成OAM_‑1输出，多模直波导中输入的TE₀₀从末端输出OAM₀，传输TE₀₀模的直波导经第二耦合区和第二沟槽后生成OAM₊₁输出，实现了OAM的产生及复用。本发明具有尺寸小、效率高，损耗低的优点，在光通信系统、光纤用户网等方面具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用集成器，属于光通信以及光信息处理技术领域。

背景技术

随着互联网的高速发展，各类移动通信业务层出不穷，当前社会对于通信容量的需求越来越大。目前，在光通信领域中，复用技术主要有时分复用，波分复用，偏振复用以及正交频分复用。这几种技术虽然在一定程度上提高了光通信容量，但是频谱利用率和系统容量趋近香浓极限，并不能满足现在日益增长的通信容量需求。空分复用技术为增加光通信系统容量提供了一种新的方法。

光子轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)复用是空分复用(Space-Division Multiplexing, SDM)的一种实现方式。OAM在理论上可以取无穷多个彼此正交的模式，采用OAM复用的优势在于可以同时传输任意数目的模式，因此基于OAM复用通信技术有重要的应用前景。

目前，也有一些对OAM的产生以及复用研究，主要有螺旋相位板、Q盘、超材料、衍射光栅等。但是利用这些方法产生OAM的器件，所占用体积较大，均不利于集成且成本较高。光波导器件是集成光电子芯片中的关键单元器件之一，由于其具有体积小, 结构紧凑，性能稳定，损耗小和易于集成等优点，受到广泛的重视和研究。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用集成器，利用模式转换，将OAM的产生及复用集成在一个器件上。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用集成器，适用于1.47-1.58μm的波长，包括：包层和位于包层内部的第一输入单模波导和第二输入单模波导，第一弯曲波导和第二弯曲波导，第一单模直波导和第二单模直波导，以及，带沟槽的多模直波导；

所述第一输入单模波导，第一弯曲波导和第一单模直波导依次连接，构成第一通道；

所述第二输入单模波导，第二弯曲波导和第二单模直波导依次连接，构成第二通道；

所述带沟槽的多模直波导位于所述第一通道和第二通道之间，且所述多模直波导与第一通道和第二通道均不相接触；

所述多模直波导上设有两个沟槽，分别为第一沟槽和第二沟槽；

所述第一直波导与所述多模直波导组成第一耦合区，所述第一耦合区后是第一沟槽；

所述第二直波导与多模直波导组成第二耦合区，所述第二耦合区后是第二沟槽。

前述的包层的材料为二氧化硅。

前述的包层内部的波导的材质为硅。

前述的第一弯曲波导和第二弯曲波导的长度均为2µm，高度均为1.5µm。

前述的第一沟槽靠近输入端，长度为30µm，所述第二沟槽长度为15µm；两个沟槽的高度均为0.34 µm，宽度均为0.12 µm。