[发明专利]一种基于波导包层切换机制的可调模式转换器

权利要求书

1.一种基于波导包层切换机制的可调模式转换器，其特征在于，包括依次相连的输入区域（1）、模式转换区域（2）和输出区域（3）；

输入区域（1）包括依次相连的条形输入波导（101）和转换器（102）；转换器（102）为条形到亚波长光栅波导的转换器，转换器（102）与模式转换区域（2）相连；

模式转换区域（2）包括下包层（205），下包层（205）上并排设有亚波长光栅波导（201）和条形多模波导（202），亚波长光栅波导（201）与条形多模波导（202）组成非对称模式耦合器；下包层（205）上还并排设有第一上包层区域（203）和第二上包层区域（204），亚波长光栅波导（201）位于第一上包层区域（203）内，条形多模波导（202）位于第二上包层区域（204）内；亚波长光栅波导（201）的一端与转换器（102）相连，亚波长光栅波导（201）的另一端与输出区域（3）相连；

输出区域（3）包括依次相连的渐变过渡耦合器（302）和输出波导（301），渐变过渡耦合器（302）的另一端与条形多模波导（202）的另一端相连；

渐变过渡耦合器（302）为条形多模波导（202）到输出波导的渐变过渡耦合器；

光从条形输入波导（101）输入并进入亚波长光栅波导（201）的基模，在不同折射率的上包层满足不同的相位匹配条件，从而通过非对称模式耦合器激励起条形多模波导（202）中的不同高阶模式，并由波导输出，实现同一结构器件，由波导包层控制切换的可调模式转换功能。

2.如权利要求1所述的基于波导包层切换机制的可调模式转换器，其特征在于，由条形输入波导（101）输入的波导模式为条形输入波导（101）的基模模式TE0，由输出波导（301）输出的波导模式为从基模模式TE0到输出波导（301）支持的高阶模式可调。

3.如权利要求1所述的基于波导包层切换机制的可调模式转换器，其特征在于，该可调模式转换器由波导包层控制切换的可调模式转换功能：在初始状态时，由条形输入波导（101）进入的波导的基模模式TE0，在亚波长光栅波导（201）和条形多模波导（202）的模式间满足相位匹配条件Ⅰ；在输出波导（301）处转换为某种波导模式TEn；然后，使用具有特定折射率的物质分别填充第一上包层区域（203）和第二上包层区域（204），此时亚波长光栅波导（201）和条形多模波导（202）的折射率发生变化，满足新的相位匹配条件Ⅱ，在输出波导（301）处，转换为另一种波导模式TEm；根据所填充物质折射率不同，满足不同的相位匹配条件，使得可调模式转换器对基模的输入，在输出时获得多种不同模式调谐的功能；在去除填充物质后，可调模式转换器回到初始状态，在输出波导（301）处转换为波导模式TEn。

4.如权利要求3所述的基于波导包层切换机制的可调模式转换器，其特征在于，满足相位匹配条件Ⅰ：亚波长光栅波导（201）中的传输的模式有效折射率和条形多模波导（202）中的TEn，n=0,1,2,…,的模式有效折射率相同。

5.如权利要求3所述的基于波导包层切换机制的可调模式转换器，其特征在于，满足相位匹配条件Ⅱ：亚波长光栅波导（201）中的传输的模式和条形多模波导（202）中的TEm,m=0,1,2,…且m≠n的模式有效折射率相同。

6.如权利要求3所述的基于波导包层切换机制的可调模式转换器，其特征在于，在初始状态时，第一上包层区域（203）和第二上包层区域（204）均为空气包层；填充时，第一上包层区域（203）和第二上包层区域（204）内填充不同折射率或者相同折射率的物质；

或者，在初始状态时，第一上包层区域（203）为空气包层，第二上包层区域（204）为低折射率的固体包层，该低折射率的固体包层与下包层（205）相同或者不同；填充时，第一上包层区域（203）填充物质。

7.如权利要求3所述的基于波导包层切换机制的可调模式转换器，其特征在于，所述物质为液体，该液体采用水、光刻胶或折射率匹配液。

8.如权利要求1所述的基于波导包层切换机制的可调模式转换器，其特征在于，该可调模式转换器由波导包层调谐在每个模式转换功能间切换，在维持每种模式转换功能时无能量消耗，且状态具有非易失性。