一种用于模分复用系统的聚合物双模多路复用开关技术方案

一种用于模分复用系统的聚合物双模多路复用开关，属于聚合物集成光学技术领域。由硅衬底、聚合物光波导下包层、条形聚合物光波导芯层、聚合物光波导上包层和调制电极组成；条形聚合物光波导芯层为基于AY、MZI和MMI的平面光波导结构，由输入非对称Y分支波导AY

【技术实现步骤摘要】
一种用于模分复用系统的聚合物双模多路复用开关


[0001]本专利技术属于聚合物集成光学
，具体涉及一种用于模分复用系统的聚合物双模多路复用开关。

技术介绍

[0002]低损耗光纤和半导体激光器飞速发展，光纤通信成为了数字通信的最主要手段。虽然光纤通信具有传输距离长、带宽大、传输损耗低、传输容量大等诸多优点，然而，由于光学非线性和光纤熔融现象，基于单模光纤的通信系统的传输容量已经接近极限。近年来随着大数据、人工智能等新型技术的发展，单模光纤系统的通信容量已经难以满足数据传输容量的需求。
[0003]为了解决这一问题，多种复用技术被相继提出，随着波分复用、时分复用和偏振复用等新技术的广泛应用，光通信系统能够传输的信息容量也得到了提高。如果为了提高传输容量，继续提高复用的密集程度和调制格式的阶数，会带来很大的信号损伤。因此，为了提供更大的信息容量，人们迫切需要寻找新的解决方案和新型复用方式，从而从根本上解决带宽需求矛盾。
[0004]模分复用是利用相互正交的多个模式的信号光同时传输多路信息，从而成倍地提升了单根光纤的传输容量，大大提高了光频谱的利用率，是大幅增加光纤通信信道容量的有效方法之一，目前已经成为了光通信领域的前沿与热点研究课题。正如波分复用曾成倍地提升光纤通信系统的容量一样，模分复用系统使带宽供需匹配成为可能，使光纤通信的信息容量再一次大大提升。
[0005]模式复用器和模式开关都是模分复用系统中的重要器件，而多模复用开关既可以实现模式复用功能，又可以实现模式开关功能，能够通过控制调制电极将输入的信号光发送到任意的输出端口，进而实现灵活的复用和开关功能。多模复用开关不仅简化了系统的复杂度，还减小了器件的尺寸，是光通信系统中重要的器件。其中，基于平面光波导型的光学器件能够实现灵活的波导结构设计，且成本较低、插入损耗小、模式相关损耗小、能够大规模生产。然而，目前能够应用于模分复用系统的多模复用开关还比较缺乏，仍有很大的研究空间。

技术实现思路

[0006]为了实现模分复用系统灵活的复用和开关功能，本专利技术的目的在于提供一种可以应用于模分复用系统的支持E
11
、E
21
两种模式的聚合物双模多路复用开关。本专利技术实现了E
11
、E
21
两种模式信号光灵活的复用和开关功能，有效的扩展了聚合物基集成光电子器件在模分复用系统当中的应用，具有重要的实际应用价值。
[0007]本专利技术所述的聚合物双模多路复用开关，从下至上依次由硅衬底61、聚合物光波导下包层62、条形聚合物光波导芯层63、聚合物光波导上包层64和调制电极65组成；条形聚合物光波导芯层63和聚合物光波导上包层64制备在聚合物光波导下包层62之上，且条形聚
合物光波导芯层63被包覆在聚合物光波导上包层64之中，调制电极65制备在聚合物光波导上包层65之上；硅衬底61的厚度为0.5～2mm，聚合物光波导下包层62的厚度为3～10μm，条形聚合物光波导芯层63的厚度为5～12μm，聚合物光波导上包层64的厚度为3～10μm(位于聚合物光波导芯层62之上的厚度)，调制电极65的厚度为100～400nm。
[0008]本专利技术采用传统的非对称Y分支(AY)、马赫
‑
曾德尔干涉仪(MZI)和多模干涉耦合器(MMI)平面光波导结构，这三种结构都是光波导器件中最基本的结构，被广泛的应用于平面光波导型模式复用器和模式开关以及光通信领域。
[0009]如附图2所示，为条形聚合物光波导芯层63和调制电极65结构示意图；条形聚合物光波导芯层63为基于AY、MZI和MMI的平面光波导结构，沿光的传输方向依次由输入非对称Y分支波导AY
‑
1、第一马赫
‑
曾德尔干涉仪MZI
‑
1、第二马赫
‑
曾德尔干涉仪MZI
‑
2、多模干涉耦合器MMI、第一弯曲波导21、第二弯曲波导22、第一输出非对称Y分支波导AY
‑
2、第二输出非对称Y分支波导AY
‑
3组成；
[0010]AY
‑
1、AY
‑
2、AY
‑
3结构相同，如附图3(a)所示，AY
‑
1沿光的传输方向依次由AY
‑
1输入少模直波导31、AY
‑
1宽弯曲波导32、AY
‑
1窄弯曲波导33、AY
‑
1第一锥形波导34、AY
‑
1第二锥形波导35、AY
‑
1第一弯曲波导36、AY
‑
1第二弯曲波导37、AY
‑
1第一输出直波导38、AY
‑
1第二输出直波导39组成；如附图3(b)所示，AY
‑
2沿光的传输方向依次由AY
‑
2第一输入直波导38
’
、AY
‑
2第二输入直波导39
’
、AY
‑
2第一弯曲波导36
’
、AY
‑
2第二弯曲波导37
’
、AY
‑
2第一锥形波导34
’
、AY
‑
2第二锥形波导35
’
、AY
‑
2宽弯曲波导32
’
、AY
‑
2窄弯曲波导33
’
、AY
‑
2输出少模直波导31
’
组成；如附图3(c)所示，AY
‑
3沿光的传输方向依次由AY
‑
3第一输入直波导38”、AY
‑
3第二输入直波导39”、AY
‑
3第一弯曲波导36”、AY
‑
3第二弯曲波导37”、AY
‑
3第一锥形波导34”、AY
‑
3第二锥形波导35”、AY
‑
3宽弯曲波导32”、AY
‑
3窄弯曲波导33”、AY
‑
3输出少模直波导31”组成；
[0011]MZI
‑
1、MZI
‑
2波导结构相同，如附图4(a)所示，MZI
‑
1沿光的传输方向依次由MZI
‑
1输入直波导41、MZI
‑
1第一锥形波导42、MZI
‑
1第一多模波导43、MZI
‑
1第二锥形波导44、MZI
‑
1第三锥形波导45、MZI
‑
1第一直波导46、MZI
‑
1第二直波导47、MZI
‑
1第一弯曲波导48、MZI
‑
1第二弯曲波导49、MZI
‑
1第一调制臂波导410、M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于模分复用系统的聚合物双模多路复用开关，其特征在于：从下至上依次由硅衬底(61)、聚合物光波导下包层(62)、条形聚合物光波导芯层(63)、聚合物光波导上包层(64)和调制电极(65)组成；条形聚合物光波导芯层(63)和聚合物光波导上包层(64)制备在聚合物光波导下包层(62)之上，且条形聚合物光波导芯层(63)被包覆在聚合物光波导上包层(64)之中，调制电极(65)制备在聚合物光波导上包层(65)之上；条形聚合物光波导芯层(63)为基于非对称Y分支、马赫
‑
曾德尔干涉仪和多模干涉耦合器的平面光波导结构，沿光的传输方向依次由输入非对称Y分支波导AY
‑
1、第一马赫
‑
曾德尔干涉仪MZI
‑
1、第二马赫
‑
曾德尔干涉仪MZI
‑
2、多模干涉耦合器MMI、第一弯曲波导(21)、第二弯曲波导(22)、第一输出非对称Y分支波导AY
‑
2、第二输出非对称Y分支波导AY
‑
3顺次连接组成；AY
‑
1、AY
‑
2、AY
‑
3结构相同，AY
‑
1沿光的传输方向依次由AY
‑
1输入少模直波导(31)、AY
‑
1宽弯曲波导(32)、AY
‑
1窄弯曲波导(33)、AY
‑
1第一锥形波导(34)、AY
‑
1第二锥形波导(35)、AY
‑
1第一弯曲波导(36)、AY
‑
1第二弯曲波导(37)、AY
‑
1第一输出直波导(38)、AY
‑
1第二输出直波导(39)组成；AY
‑
2沿光的传输方向依次由AY
‑
2第一输入直波导(38
’
)、AY
‑
2第二输入直波导(39
’
)、AY
‑
2第一弯曲波导(36
’
)、AY
‑
2第二弯曲波导(37
’
)、AY
‑
2第一锥形波导(34
’
)、AY
‑
2第二锥形波导(35
’
)、AY
‑
2宽弯曲波导(32
’
)、AY
‑
2窄弯曲波导(33
’
)、AY
‑
2输出少模直波导(31
’
)组成；AY
‑
3沿光的传输方向依次由AY
‑
3第一输入直波导(38”)、AY
‑
3第二输入直波导(39”)、AY
‑
3第一弯曲波导(36”)、AY
‑
3第二弯曲波导(37”)、AY
‑
3第一锥形波导(34”)、AY
‑
3第二锥形波导(35”)、AY
‑
3宽弯曲波导(32”)、AY
‑
3窄弯曲波导(33”)、AY
‑
3输出少模直波导(31”)组成；MZI
‑
1、MZI
‑
2波导结构相同，MZI
‑
1沿光的传输方向依次由MZI
‑
1输入直波导(41)、MZI
‑
1第一锥形波导(42)、MZI
‑
1第一多模波导(43)、MZI
‑
1第二锥形波导(44)、MZI
‑
1第三锥形波导(45)、MZI
‑
1第一直波导(46)、MZI
‑
1第二直波导(47)、MZI
‑
1第一弯曲波导(48)、MZI
‑
1第二弯曲波导(49)、MZI
‑
1第一调制臂波导(410)、MZI
‑
1第二调制臂波导(411)、MZI
‑
1第三弯曲波导(412)、MZI
‑
1第四弯曲波导(413)、MZI
‑
1第三直波导(414)、MZI
‑
1第四直波导(415)、MZI
‑
1第四锥形波导(416)、MZI
‑
1第五锥形波导(417)、MZI
‑
1第二多模波导(418)、MZI
‑
1第六锥形波导(419)、MZI
‑
1第七锥形波导(420)、MZI
‑
1第一输出直波导(421)、MZI
‑
1第二输出直波导(422)、第一调制电极(423)组成；MZI
‑
2沿光的传输方向依次由MZI
‑
2输入直波导(41
’
)、MZI
‑
2第一锥形波导(42
’
)、MZI
‑
2第一多模波导(43
’
)、MZI
‑
2第二锥形波导(44
’
)、MZI
‑
2第三锥形波导(45
’
)、MZI
‑
2第一直波导(46
’
)、MZI
‑
2第二直波导(47
’
)、MZI
‑
2第一弯曲波导(48
’
)、MZI
‑
2第二弯曲波导(49
’
)、MZI
‑
2第一调制臂波导(410
’
)、MZI
‑
2第二调制臂波导(411
’
)、MZI
‑
2第三弯曲波导(412
’
)、MZI
‑
2第四弯曲波导(413
’
)、MZI
‑
2第三直波导(414
’
)、MZI
‑
2第四直波导(415
’
)、MZI
‑
2第四锥形波导(416
’
)、MZI
‑
2第五锥形波导(417
’
)、MZI
‑
2第二多模波导(418
’
)、MZI
‑
2第六锥形波导(419
’
)、MZI
‑
2第七锥形波导(420
’
)、MZI
‑
2第一输出直波导(421
’
)、MZI
‑
2第二输出直波导(422
’

【专利技术属性】
技术研发人员：王希斌，孙士杰，谢宇航，廉天航，张大明，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：