一种基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器及其制备方法技术

一种基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器及其制备方法，属于平面光波导光功率分配器及其制备技术领域。整个器件基于Y分支结构，从左到右依次由输入直波导，输入锥形波导，两个相同结构弯曲波导组成的3

【技术实现步骤摘要】
一种基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器及其制备方法


[0001]本专利技术属于平面光波导光功率分配器及其制备
，具体涉及一种以硅片作为衬底、以折射率不同的两种有机聚合物材料分别作为光波导结构的上、下包层和芯层的基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着信息社会的发展，人们的生产生活对数据的传输速度和数量越来越高，电互联的频率越来越高，引起了带宽受限、信号失真、干扰较大等问题，实现超高速电路遇到了瓶颈。然而，光通信的出现突破了这一瓶颈，使远距离高速通信成为了可能，极大的方便了人们的生产和生活，因此，光通信成为了二十一世纪最重要的科技进展之一。近十年内，光纤通信发展迅速，因为它具有大带宽、传输速度高的优点，完美的满足了光通信系统的需求。
[0003]随着物联网、大数据的迅速发展，社会信息化程度不断提高，需要传输的数据数量呈指数增长，纵观光纤通信技术的发展，每一次信息容量能够以数量级的规模进行提高，都归因于对光波复用潜力的挖掘。在波长、相位、振幅等维度都被充分利用的情况下，模分复用技术进一步扩大了信息传输容量，日益严峻的传输容量危机得到了解决。模分复用是指多个相互正交的光学模式作为独立的信道，各自承载不同的信息，在同一根少模波导中同时进行传输，实现了信息传输数量的成倍增长。
[0004]为了高效的进行数据传输，光通信需要众多的功能器件来实现对光的传输和转换，光功率分配器就是其中非常重要的器件之一。光功率分配器可以减轻处理庞大且种类繁多的信息时的复杂性和网络负担，这在未来的光网络中是十分有意义的。但是，传统的光纤型光功率分配器具有体积大、损耗大、稳定性差、封装费用高的缺点，而平面光波导光功率分配器有效的解决了这些问题，成为了研究人员的重要研究对象。平面光波导光功率分配器的优势在于波长依赖性小、分光均匀、器件尺寸小、可以进行高度集成、损耗较低、稳定性较好，利用现有的半导体工艺可以非常容易的制备，可以进行大规模生产，而且生产成本较低。
[0005]根据材料的不同平面光波导功率分配器也可以分为绝缘体上硅、铌酸锂、聚合物等。与无机材料相比，聚合物材料制备工艺简单，只是通过旋涂、压印、固化等工序使聚合物在特定区域成膜，制备工艺简单且制备成本较低。并且有机聚合物材料可以在分子的水平上进行结构设计，从而获得最佳的光学特性，因此，聚合物材料逐渐成为极具发展和应用前景的实现低成本、高性能光子器件的基础材料。
[0006]在平面光波导器件的结构设计中，Y分支是一种最基本的结构，在光通信领域和平面光波导光功率分配器领域都具有非常重要的应用价值。Y分支光功率分配器具有的波长和偏振不敏感以及输出均匀性等优点，结构简单易于设计，而且易于级联。然而，传统的Y分支光功率分配器只能处理基模，不能对更高的模式进行处理，这限制了其在模分复用系统
中的应用。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可级联的基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器及其制备方法。
[0008]本专利技术采用硅片作为衬底，以有机聚合物材料作为光波导的上、下包层，以另一种有机聚合物作为光波导结构的芯层(芯层材料的折射率大于包层材料的折射率)，利用了有机聚合物材料加工性强、种类繁多的优势。同时，本专利技术采用的制备工艺简单且与半导体工艺兼容、易于集成、能够大规模生产，具有重要的实际应用价值。
[0009]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0010]如附图1所示，一种基于Y分支结构的模式不敏感的一分二的光功率分配器，其特征在于：整个器件基于Y分支结构，从左到右依次由输入直波导11，输入锥形波导12，两个相同结构弯曲波导组成的3
‑
dB Y分支分束器13，第一输出直波导14和第二输出直波导15构成；输入直波导11，第一输出直波导14，第二输出直波导15的长度a1、a1
’
、a1”相等为500～2000μm，输入锥形波导12的长度a2为50～1000μm，3
‑
dB Y分支分束器13两个相同结构弯曲波导的长度a3为500～4000μm。
[0011]如附图2所示，一种基于Y分支结构的模式不敏感的一分四的光功率分配器，其特征在于：整个器件由三个基于Y分支结构的模式不敏感的一分二的光功率分配器级联而成，从左到右依次由输入直波导21，第一输入锥形波导22，第一3
‑
dB Y分支分束器23，第一连接直波导24，第二连接直波导25，第一连接弯曲波导26，第二连接弯曲波导27，第二输入锥形波导28，第三输入锥形波导29，第二3
‑
dB Y分支分束器210，第三3
‑
dB Y分支分束器211，第一输出直波导212，第二输出直波导213，第三输出直波导214，第四输出直波导215构成；输入直波导21、第一连接直波导24、第二连接直波导25、第一输出直波导212、第二输出直波导213、第三输出直波导214、第四输出直波导215的长度b1、b1
’
、b1”、b1
”’
、b1
””
、b1
””’
、b1
”””
相等为500～2000μm，第一输入锥形波导22、第二输入锥形波导28、第三输入锥形波导29的长度b2、b2
’
、b2”相等为50～1000μm，第一3
‑
dB Y分支分束器23、第二3
‑
dB Y分支分束器210、第三3
‑
dB Y分支分束器211、第一连接弯曲波导26、第二连接弯曲波导27的长度b3、b3
’
、b3”、b3
”’
、b3
””
相等为500～4000μm，第一连接弯曲波导26、第二连接弯曲波导27的波导中心间距b4为20～200μm。
[0012]如附图3所示，附图1中输入直波导11、3
‑
dB Y分支分束器13的两个弯曲波导、第一输出直波导14、第二输出直波导15，附图2中输入直波导21、第一3
‑
dB Y分支分束器23的两个弯曲波导、第一连接直波导24、第二连接直波导25、第一连接弯曲波导26、第二连接弯曲波导27、第二输入锥形波导28、第三输入锥形波导29、第二3
‑
dB Y分支分束器210的两个弯曲波导、第三3
‑
dB Y分支分束器211的两个弯曲波导、第一输出直波导212、第二输出直波导213、第三输出直波导214、第四输出直波导215的宽度w相等为2～10μm；附图1中输入锥形波导12与3
‑
dB Y分支分束器13连接处的宽度，附图2中第一输入锥形波导22与第一3
‑
dB Y分支分束器23连接处的宽度，附图2中第二输入锥形波导28与第二3
‑
dB Y分支分束器210连接处的宽度，附图2中第三输入锥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器，其特征在于：整个器件基于Y分支结构，从左到右依次由输入直波导(11)、输入锥形波导(12)、两个相同结构弯曲波导组成的3
‑
dB Y分支分束器(13)、第一输出直波导(14)和第二输出直波导(15)构成的一分二光功率分配器；输入直波导(11)、第一输出直波导(14)、第二输出直波导(15)的长度a1、a1
’
、a1”相等为500～2000μm、输入锥形波导(12)的长度a2为50～1000μm、3
‑
dB Y分支分束器(13)两个相同结构弯曲波导的长度a3为500～4000μm。2.一种基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器，其特征在于：整个器件由三个基于Y分支结构的模式不敏感的一分二的光功率分配器级联而成，从左到右依次由输入直波导(21)、第一输入锥形波导(22)、第一3
‑
dB Y分支分束器(23)、第一连接直波导(24)、第二连接直波导(25)、第一连接弯曲波导(26)、第二连接弯曲波导(27)、第二输入锥形波导(28)、第三输入锥形波导(29)、第二3
‑
dB Y分支分束器(210)、第三3
‑
dB Y分支分束器(211)、第一输出直波导(212)、第二输出直波导(213)、第三输出直波导(214)、第四输出直波导(215)构成的一分四光功率分配器；输入直波导(21)、第一连接直波导(24)、第二连接直波导(25)、第一输出直波导(212)、第二输出直波导(213)、第三输出直波导(214)、第四输出直波导(215)的长度b1、b1
’
、b1”、b1
”’
、b1
””
、b1
””’
、b1
”””
相等为500～2000μm，第一输入锥形波导(22)、第二输入锥形波导(28)、第三输入锥形波导(29)的长度b2、b2
’
、b2”相等为50～1000μm，第一3
‑
dB Y分支分束器(23)、第二3
‑
dB Y分支分束器(210)、第三3
‑
dB Y分支分束器(211)、第一连接弯曲波导(26)、第二连接弯曲波导(27)的长度b3、b3
’
、b3”、b3
”’
、b3
””
相等为500～4000μm，第一连接弯曲波导(26)、第二连接弯曲波导(27)的波导中心间距b4为20～200μm。3.如权利要求1或2所述的一种基于Y分支结构的模式不敏感的光功率分配器，其特征在于：输入直波导(11)、3
‑
dB Y分支分束器(13)的两个弯曲波导、第一输出直波导(14)、第二输出直波导(15)、输入直波导(21)、第一3
‑
dB Y分支分束器(23)的两个弯曲波导、第一连接直波导(24)、第二连接直波导(25)、第一连接弯曲波导(26)、第二连接弯曲波导(27)、第二输入锥形波导(28)、第三输入锥形波导(29)、第二3
‑
dB Y分支分束器(210)的两个弯曲波导、第三3
‑
dB Y分支分束器(211)的两个弯曲波导、第一输出直波导(212)、第二输出直波导(213)、第三输出直波导(214)、第四输出直波导(215)的宽度w相等为2～10μm；输入锥形波导(12)与3
‑
dB Y分支分束器(13)连接处的宽度，第一输入锥形波导(22)与第一3
‑
dB Y分支分束器(23)连接处的宽度，第二输入锥形波导(28)与第二3
‑
dB Y分支分束器(210)连接处的宽度，第三输入锥形波导(29)与第三3
‑
dB Y分支分束器(211)连接处的宽度w1相等为5～30μm；3
‑
dB Y分支分束器(13)与输入锥形波导(12)连接处两分支之间的间隙，第一3
‑
dB Y分支分束器(23)与第一锥形波导(12)连接处两分支之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王希斌，孙士杰，林柏竹，廉天航，朱穆，车远华，孙雪晴，张大明，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：