[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

说明书

本发明公开了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，包括：硅衬底、掩埋氧化层、硅波导层和上包层，其中掩埋氧化层生长于硅基衬底的第一表面，硅波导层生长于掩埋氧化层远离硅基衬底的一面，上包层覆盖掩埋氧化层远离硅基衬底的一面，并包裹住硅波导层；硅波导层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、亚波长光栅孔阵列辅助的过渡波导A、亚波长光栅孔阵列辅助的多模干涉耦合器波导、亚波长光栅孔阵列辅助的过渡波导B和输出波导。本发明通过优化插入的亚波长孔阵列的结构参数，可以使得两种偏振模在亚波长孔阵辅助的MMI中拍长相等，大大缩短交叉器中的MMI的长度，进而缩短总的器件长度。

技术领域

本发明属于集成光学技术，具体为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。

背景技术

如今，人们已经广泛认识到基于绝缘体硅(SOI)构建的光子集成电路的重要性。因为这种光子集成电路具有高折射率的对比度和与当前CMOS处理技术的兼容性两大特征。硅基波导交叉器在特定路径下低损耗传输信号并且可以不影响交叉信道。到目前为止，研究员已经设计出多种基于绝缘体上硅材料平台的交叉器结构，如基于过渡锥形、多模干涉耦合器、绝热锥形、反向设计超材料等各种结构。但是上述的交叉设计因为是基于SOI构建的而存在偏振敏感性的缺点，所以大部分仅适用于TE或TM单偏振模式。然而高性能和小尺寸的双偏振波导交叉器对于偏振分复用(PDM)和偏振不敏感光开关等片上集成系统具有重要意义。目前，现有技术鲜有实现同时满足高性能和小尺寸的双偏振波导交叉器。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术缺陷，本发明提出了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。

实现本发明目的的技术方案为：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，包括：

硅衬底、掩埋氧化层、硅波导层和上包层，其中掩埋氧化层生长于硅基衬底的第一表面，所述硅波导层生长于掩埋氧化层远离硅基衬底的一面，所述上包层覆盖掩埋氧化层远离硅基衬底的一面，并包裹住所述硅波导层；

所述硅波导层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、亚波长光栅孔阵列辅助的过渡波导A、亚波长光栅孔阵列辅助的多模干涉耦合器波导、亚波长光栅孔阵列辅助的过渡波导B和输出波导。

优选地，所述输入波导、所述输出波导的宽度小于多模干涉耦合器波导。

优选地，所述过渡波导A中波导宽度从输入波导宽度逐渐增加至与多模干涉耦合器波导宽度相同，过渡波导B中波导宽度从多模干涉耦合器波导宽度逐渐减小至与输出波导宽度相同。

优选地，所述过渡波导A中心沿光传播方向排列设置有第一亚波长孔阵列，所述多模干涉耦合器波导中心沿光传播方向排列设置有第二亚波长孔阵列，所述过渡波导B中心沿光传播方向排列设置有第三亚波长孔阵列。

优选地，所述第一亚波长孔阵列的孔的宽度逐渐增加至与多模干涉耦合器波导中孔宽度相同；过渡波导B与过渡波导A关于结构中心线偶对称，第三亚波长孔阵列的孔的宽度变化趋势与过渡波导A中第一亚波长孔阵列的孔的宽度变化趋势相反。

优选地，所述第二亚波长孔阵列的孔宽度一致。

优选地，第一亚波长孔阵列、第二亚波长孔阵列以及第三亚波长孔阵列的孔内均填充上包层材料。

优选地，第一亚波长孔阵列、第二亚波长孔阵列以及第三亚波长孔阵列的光栅周期满足∧∧_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