[发明专利]一种3dB光波功率分束器

说明书

本发明提供了一种3dB光波功率分束器，包括衬底、设置在所述衬底上的平板形光波导层、以及设置所述平板形光波导层表面的包层；所述平板形光波导层包括光波导层主体、设置在所述光波导层主体一侧的条形输入端口、以及两个设置在所述光波导层主体另一侧的条形输出端口；所述光波导层主体设置有半透半反射镜和全反射镜，所述半透半反射镜用于把入射光束分割为反射光束和透射光束，所述反射光束射向其中一个条形输出端口，所述全反射镜用于把所述透射光束全部发射向另一个条形输出端口；所述反射光束和透射光束的光功率相等；该3dB光波功率分束器光损耗低且结构紧凑。

技术领域

本发明涉及集成光子器件领域，尤其涉及一种3dB光波功率分束器。

背景技术

硅光子技术可以通过半导体制造技术与微电子芯片进行相对简单的集成来实现低成本的光学设备。这使得使用SOI（Silicon-On-Insulator 绝缘体上硅）技术基于高对比度折射率材料的新器件的设计和制造成为可能。3dB光波分束器是实现集成光子系统不可替代的无源器件单元，它可以将光功率按照1：1的比例分配给2个输出设备以满足光电子集成的多设备级联需求。

目前，片上光电子集成系统中的光波功率分束器主要由Y支、多模干涉耦合器、方向耦合器实现对光波分束，这些器件单元结构均是基于SOI条形光波导制备的。但是，光波在波导内以高斯光波的形式进行传播，高斯光波具有远场发散特性；当光波在条形光波导内传播时，其传播模式在波导内的横向方向和纵向方向均被约束而无法发散；而且现阶段由于加工工艺的限制，条形光波导在制备时其两侧会存在粗糙壁，这些粗糙壁会导致光波在传播模式被约束时造成较大的插入损耗，约为3dB/cm；因此，现有的这种光波功率分束器对光波的损耗较大，而且器件尺寸较大，不利于光电子集成电路的低损耗、高集成化设计。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种3dB光波功率分束器，其光损耗低且结构紧凑。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种3dB光波功率分束器，包括衬底、设置在所述衬底上的平板形光波导层、以及设置所述平板形光波导层表面的包层；所述平板形光波导层包括光波导层主体、设置在所述光波导层主体一侧的条形输入端口、以及两个设置在所述光波导层主体另一侧的条形输出端口；

所述光波导层主体设置有半透半反射镜和全反射镜，所述半透半反射镜用于把入射光束分割为反射光束和透射光束，所述反射光束射向其中一个条形输出端口，所述全反射镜用于把所述透射光束全部发射向另一个条形输出端口；所述反射光束和透射光束的光功率相等。

所述的3dB光波功率分束器中，所述半透半反射镜和全反射镜均为曲面镜，所述曲面镜为凹面镜。

所述的3dB光波功率分束器中，所述半透半反射镜包括开设在所述光波导层主体上的凹槽，所述凹槽为空槽，或者所述凹槽内填充有填充材料，且所述填充材料的折射率比所述光波导层主体的材料的折射率低。

所述的3dB光波功率分束器中，所述全反射镜为所述光波导层主体的一个侧面。

进一步的，作为全反射镜的侧面上包覆的包层厚度不小于光波的全反射透射深度。

所述的3dB光波功率分束器中，所述平板形光波导层为硅、磷化铟、锑、砷化镓或砷化铟；所述包层为二氧化硅。

所述的3dB光波功率分束器中，所述条形输入端口和条形输出端口均为矩型条状，且条形输入端口和条形输出端口的横截面尺寸相同。

进一步的，所述条形输入端口和条形输出端口的宽度和厚度满足条件：max（w，2h）λ2w，其中，w是宽度，h是厚度，λ是工作光波的波长。

所述的3dB光波功率分束器中，所述半透半反射镜和全反射镜的位置和尺寸满足以下条件：

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