[发明专利]一种高Q值微环谐振器

说明书

本发明公开了一种高Q值微环谐振器，输入波导和输出波导为单模波导，微环波导及其相邻的耦合波导均为多模波导。由于多模波导的宽度较大，能将大部分基模光场限制在波导内部，减少光场与侧壁的相互作用，降低侧壁粗糙导致的散射损耗，从而提高微环谐振器的本征Q值。第一欧拉波导和第二欧拉波导的曲率渐变，其缓变曲率半径将减小弯曲损耗，同时降低光场能量由基模向高阶模转换效率。耦合波导与微环波导满足模式匹配，抑制微环谐振器内高阶谐振模式被激发。利用多模欧拉波导曲率渐变的特性，通过弯曲欧拉波导实现微环波导与耦合波导之间耦合间隙渐变，降低耦合区域内光场模式失配导致的光损耗，从而进一步提高微环谐振器的本征Q值。

技术领域

本发明属于光通信、光互连和光传感领域，更具体地，涉及一种高Q值微环谐振器。

背景技术

微环谐振器由环形波导和相邻的耦合波导构成，在滤波、传感、调制等领域应用广泛。Q因子表示单位时间内谐振腔存储能量和耗散能量的比值，是衡量谐振腔性能的一个关键指标。高Q值微环谐振器是制作滤波器、环形振荡器、光缓存、传感器等器件的关键元件。影响微环谐振器Q值的因素有：微环谐振腔与输入/输出波导的耦合效率，耦合区波导侧壁粗糙带来的散射损耗，耦合区的模式失配损耗，环形波导的吸收损耗、弯曲损耗以及侧壁粗糙带来的散射损耗。其中，由于曝光和刻蚀工艺的固有限制，难以制作得到理想的光滑平整的侧壁，因此微环和耦合区波导的粗糙侧壁导致的散射损耗是限制Q值的关键因素。目前除了通过改善制备工艺降低侧壁粗糙度之外，另一个有效的方法是将波导宽度增加，尽可能将光场限制在波导内部，减少光场与侧壁的相互作用，提高微环的本征Q值。然而，将单模波导拓宽，波导将支持多模传输，输入光在耦合波导和微环内会激发高阶模，增大微环谐振腔内的传输损耗，会降低微环的Q值。此外，光场在微环波导与相邻波导的耦合区域内传输和演进过程中，由于耦合间隙的改变，会存在光场模式失配，激发波导内的高阶模和辐射模，从而引起微环谐振腔内损耗的增加和Q值的降低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高Q值微环谐振器，由此解决现有的微环谐振器传播损耗较大的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高Q值微环谐振器，包括：微环谐振腔，对称分布的第一单模波导和第二单模波导、第一锥形波导和第二锥形波导、第一欧拉波导和第二欧拉波导；所述第一锥形波导和第二锥形波导是单模到多模的过渡波导、第一欧拉波导和第二欧拉波导为多模波导；

所述第一欧拉波导的曲率沿光路逐渐增大，所述第二欧拉波导的曲率沿光路逐渐减小，所述微环谐振腔的曲率不变；所述第一欧拉波导、第二欧拉波导的宽度及两者连接处的曲率与所述微环谐振腔的截面宽度和曲率满足基模的模式匹配条件；

入射光从第一单模波导入射，依次经由第一锥形波导、第一欧拉波导，在第一欧拉波导与第二欧拉波导的耦合区域，满足谐振频率的光耦合进入微环谐振腔，不满足谐振频率的光依次经由第二欧拉波导、第二锥形波导，从第二单模波导输出。

优选地，所述高Q值微环谐振器还包括：多模圆弧波导，所述多模圆弧波导位于所述第一欧拉波导和第二欧拉波导之间，且所述第一欧拉波导和第二欧拉波导关于所述多模圆弧波导对称；所述多模圆弧波导与微环谐振腔同圆心；所述多模圆弧波导的截面宽度和曲率与所述微环谐振腔波导的截面宽度和曲率满足基模的模式匹配条件；

入射光从第一单模波导入射，依次经由第一锥形波导、第一欧拉波导进入多模圆弧波导；满足谐振频率的光耦合进入微环谐振腔，不满足谐振频率的光依次经由第二欧拉波导、第二锥形波导，从第二单模波导输出。

优选地，入射光从第一单模波导入射，依次经由第一锥形波导、第一欧拉波导进入多模圆弧波导；满足谐振频率的光耦合进入微环谐振腔，不满足谐振频率的光依次经由第二欧拉波导、第二锥形波导，从第二单模波导输出。

优选地，所述第一单模波导和第二单模波导的截面宽度相同。