[发明专利]一种基于硅基集成的平面超透镜结构非互易光路由器

说明书

本发明属于集成光学领域，具体涉及一种基于硅基集成的平面超透镜结构非互易光路由器。本发明通过对每一路输入波导进行相位设计，使其形成特定的相位差，在平面超透镜中所需方向上进行相长干涉并输出；同时磁光波导带来的非互易移相效应能够使得反向传输信号在不同于输入端口的其他端口进行传输，从而实现了在多端口间同时进行正反向非互易光传输的功能。并且通过透镜聚焦进行端口选择的方法使得端口拓展不再需要器件的级联。最终本发明大大拓展了传输状态，有效避免了因多端口器件级联导致的器件尺寸大等问题。

技术领域

本发明属于集成光学领域，具体涉及一种基于硅基集成的平面超透镜结构非互易光路由器。

背景技术

随着信息技术的快速发展，多芯片之间的光互连对传输带宽与效率的要求不断提升。硅基集成的光学路由器具有多端口、高集成度等优点，可以保证信息在所需端口间的准确传输。

在现有的集成光学路由器的研究中，通过马赫曾德尔干涉结构与微环结构的大量级联，可形成多端口的光学路由网络。进一步在每个单元结构内通过电光或热光效应进行相位调制，即可达到切换多端口间通断状态的效果，从而控制信号的传输。然而这样的结构存在一个显著的制约，即该类光路由器是通过增加级联单元器件的个数来拓展端口数的。随着端口数目的增加，所需的单元器件数量将随之急剧增加，从而大大增加了器件尺寸以及调制功耗。除此以外，目前所研制的光路由器均是互易的，即同一时刻下正向与反向传输的连接状态是相同的，若要改变该传输状态，则需要消耗额外的调制功率。

因此现有的集成光路由器急需一种易于拓展、小尺寸的架构，以能够实现多端口正反向的非互易传输、避免因多端口器件级联导致的器件尺寸大等问题。

发明内容

针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种基于硅基集成的平面超透镜结构非互易光路由器，通过相位设计控制透镜聚焦方向以选择端口，通过硅基集成的磁光波导以实现正反向非互易传输，进而实现多端口间的正反向非互易光传输。

一种基于硅基集成的平面超透镜结构非互易光路由器，包括依次连接的：输入硅基集成平板光波导、硅基集成磁光波导阵列、硅基集成相位补偿结构阵列以及输出硅基集成平板光波导。

所述输入硅基集成平板光波导的一端为具有m个端口的输入端，m≥3，另一端与硅基集成磁光波导阵列相连接，将输入的光波分束至各硅基集成磁光波导中。其作为光波波束的分束区域，用作基于硅基集成的平面超透镜的非互易光路由器的输入端。

所述硅基集成磁光波导阵列由n根等间距的硅基集成磁光波导组成，n≥3，一端与正向输入端的输入硅基集成平板光波导相连接，另一端与硅基集成相位补偿结构阵列相连接。用作基于硅基集成的平面超透镜的非互易光路由器的非互易移相部分。

所述硅基集成相位补偿结构阵列由n根等间距的相位补偿单元组成；各相位补偿单元均由两段不同尺寸的硅基集成光波导组成。其一端与n根等间距的硅基集成磁光波导一一对应连接，另一端与输出硅基集成平板光波导相连接。

所述输出硅基集成平板光波导的一端为具有k个端口的输出端，k≥3，另一端与硅基集成相位补偿结构阵列相连，使得由硅基集成相位补偿结构阵列输入的光波自由干涉并聚焦至k个输出端口中的至少一个输出端口，并进行输出。其作为光波波束的聚焦区域，用作基于硅基集成的平面超透镜的非互易光路由器的输出端。

进一步的，所述各相位补偿单元中两段不同尺寸的硅基集成光波导，通过分别设计每段波导的长度和宽度以实现在输入输出端之间的任意多个端口的正反向非互易传输。

进一步的，为了降低器件的本征损耗，还需要优化整体器件中的折射率突变结构以减小光散射损耗以及进一步提高磁光材料的优值。

上述基于硅基集成的平面超透镜结构非互易光路由器工作时：