[发明专利]一种基于亚波长光栅结构的多模干涉型偏振不敏感功分器

说明书

本发明公开了一种基于亚波长光栅结构的多模干涉型偏振不敏感功分器，属于硅基光子学领域。该功分器部件包括输入波导(1)、输入锥形波导(2)、多模干涉耦合区(3)、第一输出锥形波导(4)、第二输出锥形波导(5)、第一输出波导(6)、第二输出波导(7)、输入端锥形亚波长光栅结构(8)、亚波长光栅结构(9)。本发明结合了亚波长光栅结构和多模干涉耦合器，利用亚波长光栅结构的折射率可调性以及双折射特性，实现功分器的偏振不敏感。本发明功分器具有插入损耗低、反射损耗低、工作带宽大、结构紧凑、制造方便等优势，且采用绝缘体上硅材料系统，便于与其他器件集成。

技术领域

本发明涉及一种基于亚波长光栅结构的多模干涉型偏振不敏感功分器，属于集成光学技术领域。

背景技术

功分器作为基础的无源器件在集成光学技术领域有重要的意义，广泛应用于光调制器、光开关、光传感器等器件。一般主要利用Y形分支波导、定向耦合器、多模干涉耦合器、光子晶体等来实现功分器的功能。而多模干涉耦合器因为其结构简单紧凑、工艺容差大、插入损耗小、均匀性好、对偏振和波长敏感性低等优点受到较多关注。为了适应集成化发展的要求，达到有源器件和无源器件集成在一起的目标，硅材料的高折射率对比度和互补金属氧化物半导体兼容的特性使其成为人们的研究重点，但是片上硅材料平台自身具有强偏振相关性，因此需要设计出偏振不敏感的功分器。除此之外，为了不影响与功分器级联的其他器件的工作性能，功分器的插入损耗、紧凑型以及带宽需要进一步改进和优化。亚波长光栅结构的提出，使得光子器件的设计增加了自由度，通过改变光栅占空比可以改变亚波长光栅的有效折射率，有利于缩小器件尺寸，并且对提升工艺容差和降低反射损耗有很大帮助。

发明内容

技术问题：为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于亚波长光栅结构的多模干涉型偏振不敏感功分器，通过在多模干涉耦合区中线区域嵌入亚波长光栅结构，降低耦合长度，并实现偏振不敏感的功能，降低了插入损耗和反射损耗，提升器件制造容差以及带宽。

技术方案：本发明提供了一种基于亚波长光栅结构的多模干涉型偏振不敏感功分器，该功分器整体从下至上依次为掩埋氧化层、功分器部件和上包层，上包层覆盖于掩埋氧化层的上表面，功分器部件水平生长于掩埋氧化层的上表面，并被上包层覆盖；

所述功分器部件包括输入波导、输入锥形波导、多模干涉耦合区、第一输出锥形波导、第二输出锥形波导、第一输出波导、第二输出波导、输入端锥形亚波长光栅结构和亚波长光栅结构；在多模干涉耦合区内部从左至右在中轴线处蚀刻有亚波长光栅结构，多模干涉耦合区的左端与输入锥形波导宽的一端连接，输入锥形波导窄的一端与输入波导连接，多模干涉耦合区的右端分别与第一输出锥形波导宽的一端、第二输出锥形波导宽的一端连接，且第一输出锥形波导和第二输出锥形波导以多模干涉耦合区中轴线为对称轴相互对称布置，第一输出锥形波导窄的一端连接有第一输出波导，第二输出锥形波导窄的一端连接有第二输出波导；

输入锥形波导内部蚀刻有锥形亚波长光栅结构，锥形亚波长光栅结构宽的一端与亚波长光栅结构相连。

其中：

所述多模干涉耦合区与输入锥形波导相连的一端，以中轴线对称的在端面两侧蚀刻有第一等腰直角三角形蚀刻区、第二等腰直角三角形蚀刻区，蚀刻深度与功分器其他部件厚度一致，且蚀刻后该端面宽度与相连接的输入锥形波导的端面宽度相同。

所述输入波导、第一输出波导和第二输出波导均为宽度相同的单模波导，多模干涉耦合区为多模波导。

所述的第一输出锥形波导和第二输出锥形波导的最大宽度小于输入锥形波导的最大宽度。

所述的多模干涉耦合区长度与亚波长光栅结构长度相等；锥形亚波长光栅结构的长度小于输入锥形波导；锥形亚波长光栅的最大宽度与亚波长光栅结构宽度相同为0.05～0.1μm，且亚波长光栅结构的宽度小于多模干涉耦合区宽度的0.05倍。