一种适用于集成光波导的色散控制方法和集成光波导技术

本发明专利技术的实施例公开了一种适用于集成光波导的色散控制方法和集成光波导，该方法根据工作波段控制第一波导和第二波导各自的宽度值，使得第一波导的基模和第二波导的二阶模在工作波段的有效折射率相等，另外通过第一波导和第二波导之间的间隔距离的控制使得耦合的色散值达到目标色散值。该方法利用模式耦合原理通过对波导芯之间的宽度间隔的调整即可实现色散值的控制。相比于传统的需要通过波导横截面的形状以及尺寸来进行光波导色散控制的方法，本实施例提供的集成光波导由于仅仅只需要调整光波导在宽度维度上的参数，对加工工艺没有特殊要求、兼容度高，可用在大部分的应用场合中，包括“无晶圆(fabless)设计”的技术路线上。

A dispersion control method and integrated optical waveguide for integrated optical waveguides

Dispersion control method and integrated optical waveguide is the embodiment of the invention discloses a suitable integrated optical waveguide, the method according to the working band control first and second waveguides of their respective widths, the two order mode of fundamental mode and the first second waveguide waveguide effective index in band rate equal to another through control the distance between the first and second waveguides due to the coupling dispersion value reaches the target value dispersion. By using the mode coupling principle, the dispersion value can be controlled by adjusting the width interval between the waveguide cores. Compared to the traditional need through the waveguide cross section shape and size of the optical waveguide dispersion control method, the embodiment of the integrated optical waveguide as the only need to adjust the parameters of optical waveguide in the width dimension, there are no special requirements, the processing technology of high degree of compatibility, can be used in most of the practical applications, including \fabless (fabless) technical route design\ on.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于集成光波导的色散控制方法和集成光波导
本专利技术涉及集成光子
，尤其是涉及一种适用于集成光波导的色散控制方法和集成光波导。
技术介绍
集成光波导的色散控制对于许多片上非线性应用如单片集成的光频梳产生、超连续谱产生以及量子信息处理等等具有重要的意义，色散的控制从根本决定了这些系统的性能。对于集成光波导而言，典型的色散控制方法是调控波导横截面的形状以及整体尺寸，然而，这种传统方法并不能解决所有的光波导色散控制问题，在很多场合都无法应用。例如，由于晶格不匹配等原因很多薄膜的生长厚度都是有限的，因此并不能无限度地控制波导横截面的形状以及尺寸，这就导致上述方法失效。一个典型例子是，氮化硅条形波导只有在厚度超过700nm时才可能出现反常色散，但是利用低压化学气相沉积(LPCVD)的方法所制备的薄膜很难超过300nm，因而基于波导横截面形状及尺寸调控的方法在这种情况下是无法实现反常色散的。此外，随着近年来集成光波导技术尤其是硅基光子集成技术的快速发展，越来越多的研究机构、企业走向“多项目晶圆(MPW)”的技术路线。对于这类应用，由于代工厂对于工艺标准化的要求以及MPW本身的限制，光波导的厚度是一个确定的参数，而仅有宽度参数可以被设计。因此对于MPW的用户，也很难通过修改波导横截面的形状和尺寸来实现色散的控制，尤其是特殊色散的实现，如反常色散。其他的色散控制方法还包括掺杂、专门的波导结构定制如纵向狭缝波导结构等等，但这类方法都具有工艺复杂度较高、损耗较高以及对工艺容差小等特点。在实现本专利技术实施例的过程中，专利技术人发现现有的通过控制波导横截面的形状以及尺寸来进行光波导色散控制的方法，受限于生产工艺而无法实现色散值的大范围控制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何解决现有的通过控制波导横截面的形状以及尺寸来进行光波导色散控制的方法，受限于生产工艺而无法实现色散值的大范围控制的问题。针对以上技术问题，本专利技术的实施例提供了一种适用于集成光波导的色散控制方法，包括：获取工作波段和目标色散值；根据所述工作波段确定所述集成光波导中的宽度较小的第一波导的宽度值和宽度较大的第二波导的宽度值，使得所述第一波导的基模和所述第二波导的二阶模在所述工作波段的有效折射率相等；控制所述第一波导和所述第二波导之间的间隔距离，使得所述工作波段的电磁波的色散值达到所述目标色散值。可选地，还包括：若所述目标色散值为零色散或者反常色散，则将所述工作波段的电磁波从预设的波导模式变换器的第一输入端口输入，使得经所述波导模式变换器后变为反对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输出后，进入所述第一波导和所述第二波导中，以达到所述目标色散值；若所述目标色散值为正常色散，则将所述工作波段的电磁波从所述波导模式变换器的第二输入端口输入，使得经所述波导模式变换器后变为对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输出后，进入所述第一波导和所述第二波导中，以达到所述目标色散值；其中，所述第一输入端口的宽度值小于所述第二输入端口的宽度值；所述波导模式变换器的输出端口包括与所述第一输入端口对应的第一输出端口和与所述第二输入端口对应的第二输出端口。可选地，还包括：若将反对称复合模式的电磁波转换为基模状态的电磁波，则将反对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输入，从所述第一输入端口输出基模状态的电磁波；若将对称复合模式的电磁波转换为二阶模状态的电磁波，则将对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输入，从所述第二输入端口输出二阶模状态的电磁波。可选地，还包括：所述波导模式变换器的所述第一输入端口和所述第一输出端口之间包括级联的第一锥形波导和第一宽度渐变波导，所述波导模式变换器的所述第二输入端口和所述第二输出端口之间包括级联的第二锥形波导和第二宽度渐变波导；其中，所述第一锥形波导的一端与所述第一输入端口连接，且在所述第一锥形波导和所述第一输入端口的连接处二者宽度值相等；所述第一锥形波导的另一端连接所述第一宽度渐变波导的一端，在所述第一锥形波导和第一宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第一锥形波导与所述第一宽度渐变波导连接的一端的宽度值小于所述第一波导的宽度值；所述第一宽度渐变波导的另一端与所述第一输出端口连接，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处二者宽度值相等；所述第二锥形波导的一端与所述第二输入端口连接，且在所述第二锥形波导和所述第二输入端口的连接处二者宽度值相等；所述第二锥形波导的另一端连接所述第二宽度渐变波导的一端，在所述第二锥形波导和第二宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第二锥形波导与所述第二宽度渐变波导连接的一端的宽度值大于所述第二波导的宽度值；所述第二宽度渐变波导的另一端与所述第二输出端口连接，且在所述第二宽度渐变波导和所述第二输出端口的连接处二者宽度值相等。可选地，所述第一宽度渐变波导在与所述第一锥形波导连接处至与所述第一输出端口连接处之间的宽度值按照第一预设函数变化；所述第一预设函数至少包括线性函数、分段函数、二次函数、指数函数、分段式二次函数中的一种；所述第二宽度渐变波导在与所述第二锥形波导连接处至与所述第二输出端口连接处之间的宽度值按照第二预设函数变化；所述第二预设函数至少包括线性函数、分段函数、二次函数、指数函数、分段式二次函数中的一种。另一方面，本专利技术的实施例还提供了一种集成光波导，包括：下包层、设置在所述下包层上表面的所述第一波导和所述第二波导、覆盖于所述第一波导和所述第二波导和所述下包层上表面的上包层；所述集成光波导中的宽度较小的第一波导的宽度和宽度较大的第二波导的宽度根据所述工作波段确定，以使得所述第一波导的基模和所述第二波导的二阶模在所述工作波段的有效折射率相等；所述第一波导和所述第二波导之间的间隔距离根据所述目标色散值确定，以使得所述工作波段的电磁波的色散值达到所述目标色散值。可选地，还包括波导模式变换器；其中，所述波导模式变换器包括第一输入端口、第一输出端口、第二输入端口和第二输出端口，所述第一输出端口连接所述第一波导，所述第二输出端口连接所述第二波导；所述波导模式变换器的所述第一输入端口和所述第一输出端口之间包括级联的第一锥形波导和第一宽度渐变波导，所述波导模式变换器的所述第二输入端口和所述第二输出端口之间包括级联的第二锥形波导和第二宽度渐变波导；其中，所述第一锥形波导的一端与所述第一输入端口连接，且在所述第一锥形波导和所述第一输入端口的连接处二者宽度值相等；所述第一锥形波导的另一端连接所述第一宽度渐变波导的一端，在所述第一锥形波导和第一宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第一锥形波导与所述第一宽度渐变波导连接的一端的宽度值小于所述第一波导的宽度值；所述第一宽度渐变波导的另一端与所述第一输出端口连接，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处二者宽度值相等，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处的宽度值等于所述第一波导的宽度值；所述第二锥形波导的一端与所述第二输入端口连接，且在所述第二锥形波导和所述第二输入端口的连接处二者宽度值相等；所述第二锥形波导的另一端连接所述第二宽度渐变波导的一端，在所述第二锥形波导和第二宽度渐变波导的连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于集成光波导的色散控制方法，其特征在于，包括：获取工作波段和目标色散值；根据所述工作波段确定所述集成光波导中的宽度较小的第一波导的宽度值和宽度较大的第二波导的宽度值，使得所述第一波导的基模和所述第二波导的二阶模在所述工作波段的有效折射率相等；控制所述第一波导和所述第二波导之间的间隔距离，使得所述工作波段的电磁波的色散值达到所述目标色散值。

【技术特征摘要】
1.一种适用于集成光波导的色散控制方法，其特征在于，包括：获取工作波段和目标色散值；根据所述工作波段确定所述集成光波导中的宽度较小的第一波导的宽度值和宽度较大的第二波导的宽度值，使得所述第一波导的基模和所述第二波导的二阶模在所述工作波段的有效折射率相等；控制所述第一波导和所述第二波导之间的间隔距离，使得所述工作波段的电磁波的色散值达到所述目标色散值。2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，还包括：若所述目标色散值为零色散或者反常色散，则将所述工作波段的电磁波从预设的波导模式变换器的第一输入端口输入，使得经所述波导模式变换器后变为反对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输出后，进入所述第一波导和所述第二波导中，以达到所述目标色散值；若所述目标色散值为正常色散，则将所述工作波段的电磁波从所述波导模式变换器的第二输入端口输入，使得经所述波导模式变换器后变为对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输出后，进入所述第一波导和所述第二波导中，以达到所述目标色散值；其中，所述第一输入端口的宽度值小于所述第二输入端口的宽度值；所述波导模式变换器的输出端口包括与所述第一输入端口对应的第一输出端口，和与所述第二输入端口对应的第二输出端口。3.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，还包括：若将反对称复合模式的电磁波转换为基模状态的电磁波，则将反对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输入，从所述第一输入端口输出基模状态的电磁波；若将对称复合模式的电磁波转换为二阶模状态的电磁波，则将对称复合模式的电磁波从所述波导模式变换器的输出端口输入，从所述第二输入端口输出二阶模状态的电磁波。4.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，还包括：所述波导模式变换器的所述第一输入端口和所述第一输出端口之间包括级联的第一锥形波导和第一宽度渐变波导，所述波导模式变换器的所述第二输入端口和所述第二输出端口之间包括级联的第二锥形波导和第二宽度渐变波导；其中，所述第一锥形波导的一端与所述第一输入端口连接，且在所述第一锥形波导和所述第一输入端口的连接处二者宽度值相等；所述第一锥形波导的另一端连接所述第一宽度渐变波导的一端，在所述第一锥形波导和第一宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第一锥形波导与所述第一宽度渐变波导连接的一端的宽度值小于所述第一波导的宽度值；所述第一宽度渐变波导的另一端与所述第一输出端口连接，且在所述第一宽度渐变波导和所述第一输出端口的连接处二者宽度值相等；所述第二锥形波导的一端与所述第二输入端口连接，且在所述第二锥形波导和所述第二输入端口的连接处二者宽度值相等；所述第二锥形波导的另一端连接所述第二宽度渐变波导的一端，在所述第二锥形波导和第二宽度渐变波导的连接处二者宽度值相等，且所述第二锥形波导与所述第二宽度渐变波导连接的一端的宽度值大于所述第二波导的宽度值；所述第二宽度渐变波...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明华，李渔，杨四刚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11