[发明专利]一种基于模阶转换的分束器

摘要

本发明公开了一种基于模阶转换的分束器，涉及光分束器技术领域。该分束器包括顺次相连的用于模阶转换的梯形波导、用于扩束的扩束梯形波导以及用于实现分束和基模输出的组合波导结构。基模光束进入用于模阶转换的梯形波导转换成高阶模；高阶模再经过扩束梯形波导进行扩束后，进入组合波导结构；组合波导结构对扩束后的光束进行分束并使出射口光束变为基模后射出，最终得到一定分光比的多束光束。本发明的分束器不但对制作工艺要求低、成品率高，而且带宽大、插损低。 1

主权项

1.一种基于模阶转换的分束器，其特征在于：该分束器包括顺次相连的用于模阶转换的梯形波导、用于扩束的扩束梯形波导以及用于实现分束和基模输出的组合波导结构；

基模光束进入用于模阶转换的梯形波导转换成高阶模TE_i，i为正整数；高阶模TE_i再经过扩束梯形波导进行扩束后，进入组合波导结构；组合波导结构对扩束后的光束进行分束并使出射口光束变为基模后射出，最终得到一定分光比的多束光束。

2.如权利要求1所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导可采用第一对称梯形波导，实现基模与高阶偶数阶模之间的转换；还可采用第一非对称梯形波导，实现基模与高阶偶数阶模或者基模与高阶奇数阶模之间的转换。

3.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成TE₁模，所述组合波导结构包括第一梯形波导和第二梯形波导；

TE₁模模场有两份强度相等的等份，模式经扩束梯形波导进行扩束时，两等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口中心处用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第一梯形波导和第二梯形波导，光从第一梯形波导和第二梯形波导出射后均为基模，且分光比为1：1，即形成由TE₁模为过渡模的3dB分束器。

4.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导或第一对称梯形波导将基模转换成TE₂模，所述组合波导结构包括第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导；

TE₂模模场有三份强度相等的等份，TE₂模经扩束梯形波导进行扩束时，三等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上分别距出口上边沿1/3宽度处和2/3宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导，光从第一梯形波导、第二梯形波导和第三梯形波导出射后均为基模，且分光比为1：1：1，即形成由TE₂模为过渡模的三等分分束器。

5.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导或第一对称梯形波导将基模转换成高阶偶数阶TE_n模，n为偶数；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口还连接有第二非对称梯形波导；

TE_n模模场有n+1份强度相等的等份，TE_n模经扩束梯形波导进行扩束时，n+1等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上距出口上边沿或下边沿1/(n+1)宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第四梯形波导和第五梯形波导；其中，n等份的光进入第四梯形波导后再进入第二非对称梯形波导，第二非对称梯形波导将n等份的光转换为基模出射，1等份的光进入第五梯形波导后出射为基模，即形成由TE_n模为过渡模分光比为n:1的分束器。

6.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成高阶奇数阶TE_m模，m为奇数；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口还连接有第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导；

TE_m模模场有m+1份强度相等的等份，TE_m模经扩束梯形波导进行扩束时，m+1等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上距出口上边沿或下边沿1/(m+1)宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第四梯形波导和第五梯形波导；其中，m等份的光进入第四梯形波导后再进入第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导，第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导将m等份的光转换为基模出射，1等份的光进入第五梯形波导后出射为基模，即形成由TE_m模为过渡模分光比为m:1的分束器。

7.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成高阶奇数阶TE_l模，l为奇数且l≥5；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口连接有第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导，第五梯形波导的出射口连接有第三对称梯形波导；

TE_l模模场有l+1份强度相等的等份，TE_l模经扩束梯形波导进行扩束时，l+1等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上距出口上边沿或下边沿l₁/(l+1)宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第四梯形波导和第五梯形波导，l₁为奇数且3≤l₁＜l；其中，l₁等份的光进入第四梯形波导后再进入第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导，第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导将l₁等份的光转换为基模出射，l₂等份的光进入第五梯形波导后再进入第三对称梯形波导，第三对称梯形波导将l₂等份的光转换为基模出射，l₂+l₁＝l+1，即形成由TE_l模为过渡模分光比为l₁:l₂的分束器。

8.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导将基模转换成高阶奇数阶TE_p模，p为奇数且p≥3；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口连接有第二非对称梯形波导，第五梯形波导的出射口连接有第三非对称梯形波导；

TE_p模模场有p+1份强度相等的等份，TE_p模经扩束梯形波导进行扩束时，p+1等份之间的间隙随着扩束梯形波导宽度的增加而增大；当扩束到足够宽度时，在扩束梯形波导出口的宽度方向上距出口上边沿或下边沿p₁/(p+1)宽度处，用工艺允许加工宽度的波导间间隙将光分别引入第四梯形波导和第五梯形波导，2≤p₁<p；其中，p₁等份的光进入第四梯形波导后再进入第二非对称梯形波导，第二非对称梯形波导将p₁等份的光转换为基模出射，p₂等份的光进入第五梯形波导后再进入第三对非称梯形波导，第三非对称梯形波导将p₂等份的光转换为基模出射，p₂+p₁＝p+1，即形成由TE_p模为过渡模分光比为p₁:p₂的分束器。

9.如权利要求2所述的基于模阶转换的分束器，其特征在于：所述用于模阶转换的梯形波导采用第一非对称梯形波导或第一对称梯形波导将基模转换成高阶偶数阶TE_q模，q为偶数且q≥4；所述组合波导结构包括第四梯形波导和第五梯形波导，且第四梯形波导的出射口连接有第二非对称梯形波导或第二对称梯形波导，第五梯形波导的出射口连接有第三非对称梯形波导；

TE_q模