[发明专利]基于亚波长孔阵列辅助的多模干涉型片上双偏振波导交叉器

权利要求书

1.一种基于亚波长孔阵列辅助的多模干涉型片上双偏振波导交叉器，其特征在于，包括：

硅衬底(10)、掩埋氧化层(11)、硅波导层(13)和上包层(12)，其中掩埋氧化层(11)生长于硅基衬底(10)的第一表面，所述硅波导层(13)生长于掩埋氧化层(11)远离硅基衬底(10)的一面，所述上包层(12)覆盖掩埋氧化层(11)远离硅基衬底(10)的一面，并包裹住所述硅波导层(13)；

所述硅波导层(13)由中心正交的两个相同直通波导组成；

每个直通波导均包括依次连接的输入波导(1)、亚波长光栅孔阵列辅助的过渡波导A(2)、亚波长光栅孔阵列辅助的多模干涉耦合器波导(3)、亚波长光栅孔阵列辅助的过渡波导B(4)和输出波导(5)。

2.根据权利要求1所述的基于亚波长孔阵列辅助的多模干涉型片上双偏振波导交叉器，其特征在于，所述输入波导(1)、所述输出波导(5)的宽度小于多模干涉耦合器波导(3)。

3.根据权利要求1所述的基于亚波长孔阵列辅助的多模干涉型片上双偏振波导交叉器，其特征在于，所述过渡波导A(2)中波导宽度从输入波导(1)宽度逐渐增加至与多模干涉耦合器波导(3)宽度相同，过渡波导B(4)中波导宽度从多模干涉耦合器波导(3)宽度逐渐减小至与输出波导(5)宽度相同。

4.根据权利要求1所述的基于亚波长孔阵列辅助的多模干涉型片上双偏振波导交叉器，其特征在于，所述过渡波导A(2)中心沿光传播方向排列设置有第一亚波长孔阵列(7)，所述多模干涉耦合器波导(3)中心沿光传播方向排列设置有第二亚波长孔阵列(6)，所述过渡波导B(4)中心沿光传播方向排列设置有第三亚波长孔阵列(8)。

5.根据权利要求4所述的基于亚波长孔阵列辅助的多模干涉型片上双偏振波导交叉器，其特征在于，所述第一亚波长孔阵列(7)的孔的宽度逐渐增加至与多模干涉耦合器波导(3)中孔宽度相同；过渡波导B(4)与过渡波导A(2)关于结构中心线偶对称，第三亚波长孔阵列(8)的孔的宽度变化趋势与过渡波导A(2)中第一亚波长孔阵列(7)的孔的宽度变化趋势相反。

6.根据权利要求4所述的基于亚波长孔阵列辅助的多模干涉型片上双偏振波导交叉器，其特征在于，所述第二亚波长孔阵列(6)的孔宽度一致。

7.根据权利要求4所述的基于亚波长孔阵列辅助的多模干涉型片上双偏振波导交叉器，其特征在于，第一亚波长孔阵列(7)、第二亚波长孔阵列(6)以及第三亚波长孔阵列(8)的孔内均填充上包层材料(12)。

8.根据权利要求4所述的基于亚波长孔阵列辅助的多模干涉型片上双偏振波导交叉器，其特征在于，第一亚波长孔阵列(7)、第二亚波长孔阵列(6)以及第三亚波长孔阵列(8)的光栅周期满足∧∧_Bragg＝λ/2n_e，其中n_e是亚波长光栅孔阵列的等效折射率，近似估计为

式中，n_C和n_Cl分别是亚波长光栅孔阵列中高折射率硅材料和孔内低折射率材料的折射率，∧为光栅周期，a为每个周期内高折射率硅材料的长度，λ为传输光的波长。

9.根据权利要求4所述的基于亚波长孔阵列辅助的多模干涉型片上双偏振波导交叉器，其特征在于，低折射率包层(7)材料为折射率小于硅的介质材料。