[发明专利]一种用于模分复用系统的可重构聚合物模式转换器

权利要求书

1.一种用于模分复用系统的可重构聚合物模式转换器，其特征在于：

从上至下，依次由调制电极、上包层、芯层、下包层和基底层组成，上包层和下包层均为聚合物材料EPOclad，折射率为1.56；芯层为聚合物材料EPOcore，折射率为1.572；所述调制电极为金属铝，基底层为硅片；

沿光传输方向，该模式转换器的芯层由非对称1×3 Y分支解复用器、3×3定向耦合结构光开关与非对称1×3 Y分支复用器3部分依次级联而成，解复用器、光开关及复用器间通过宽度线性变化的弯曲波导连接；所有部分的芯层均具有相同的高度h；

非对称1×3 Y分支复用/解复用器由干波导和三根分支臂波导组成，非对称1×3 Y分支复用/解复用器的干波导支持E₀₀、E₁₀、E₂₀三种模式，其宽度为w₀；三根分支臂波导Arm 1、Arm 2、Arm 3仅支持E₀₀模式，其宽度分别为w₁、w₂、w₃；Arm 1和Arm 2端口处距离为w_a，Arm 2和Arm3端口处距离为w_b；3×3定向耦合结构光开关由3根核心波导W 1、W 2、W 3组成，3根核心波导相互平行且宽度相同为w；在相邻的核心波导间设置有两根缝隙波导GW₁和GW₃，GW₂和GW₄，缝隙波导GW₁和GW₃间的距离为L₂；缝隙波导与核心波导的距离为w_g，缝隙波导与核心波导具有相同的高度h和宽度w，且在每根缝隙波导上设置有调制电极ME₁、ME₂、ME₃和ME₄，调制电极的宽度为w，长度与缝隙波导一致，均为L₁；

其中，3×3定向耦合结构光开关等效为四个2×2定向耦合结构光开关①、②、③和④级联而成，将非对称1×3 Y分支解复用器的输入端Port A作为模式转换器的输入端，将非对称1×3 Y分支复用器的输出端Port B作为模式转换器的输出端；当E₀₀模式从Port A输入时，经过非对称Y分支模式解复用器，E₀₀模式从Y分支中最宽的分支波导Arm 1中输出，经过宽度线性变化的弯曲波导输入后方3×3定向耦合结构光开关；E₀₀模式从IP₁端口输入并在波导W 1传输，当调制电极ME₁不工作、ME₂工作时，E₀₀模式经过定向耦合结构光开关①的缝隙波导，耦合至W 2中；当调制电极ME₁工作时，E₀₀模式停留在Arm 1中不发生耦合，ME₂的工作状态不影响结果；随后，前述停留在Arm 1中的E₀₀模式传播至定向耦合结构光开关③处，当ME₃工作时，E₀₀模式依旧停留在Arm 1中并从输出端口OP₁输出，ME₄的工作状态不影响结果；前述中耦合至Arm 2中的E₀₀模式传播至定向耦合结构光开关④处，当调制电极ME₃和ME₄同时工作时，E₀₀模式停留在Arm 2中并从输出端口OP₂输出；当调制电极ME₃工作、ME₄不工作时，E₀₀模式耦合至Arm 3从输出端口OP₃输出；当E₀₀模式从3×3定向耦合结构光开关的输出端口OP₁、OP₂、OP₃输出进入非对称1×3Y分支复用器中时，根据有效折射率匹配原则，在Y分支的干波导处复用为E₀₀/E₁₀/E₂₀模式并从端口Port B输出，从而实现了E₀₀模式到E₀₀/E₁₀/E₂₀模式的转换。