【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光通信，具体涉及一种基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导。
技术介绍
1、随着光通信的快速发展，复杂的光子系统通常需要控制和处理具有不同偏振的光，因此波导交叉是非常必要的，它可以在不同的偏振下完美地传输光。lnoi(lithiumniobate on insulator，绝缘体上的铌酸锂)是一种新型的材料，利用铌酸锂比二氧化硅折射率大的特性，lnoi可以很好的将光束缚在铌酸锂波导中，并且受益于铌酸锂的大的电光系数，可以直接调制的特性，很方便将调制器和波导器件集成在同一材料平台。该技术使用lnoi材料，以多模干涉（multimode interference，mmi）耦合结构为基础同时实现te、tm光波在波导交叉处的自聚焦，但传统mmi的自聚焦周期长，使得器件尺寸很大，结构复杂，通用性差，集成度低，同时其抑制串扰的性能也有待进一步提高。
技术实现思路
1、针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，目的在于使交叉波导变得工艺简单、尺寸小、结构紧凑，并能够抑制串扰和损耗，易于实现且制作。
2、一种基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，包括二氧化硅基底、铌酸锂波导以及二氧化硅包层，铌酸锂波导位于二氧化硅基底上，二氧化硅包层覆盖在铌酸锂波导和二氧化硅基底上；
3、铌酸锂波导包括矩形的自成像区域以及绕自成像区域设置的四个宽度优化波导，这四个宽度优化波导以自成像区域的中心点为圆心呈圆形阵列分布且分别
4、沿宽度优化波导的长方向将其均匀划分为a份拉锥，在a份拉锥中均匀选取b个宽度变化点，相邻两个不相等变化点之间的拉锥宽度呈阶梯状变化，且变化量为c；通过pso算法仿真铌酸锂波导的插入损耗，并持续优化宽度变化点的宽度，通过设定次数的迭代，获得插入损耗变小的铌酸锂波导；其中，a和b为正整数，c的取值范围为10nm~20nm。
5、进一步为：a为100，b为13，c为15nm，13个宽度变化点的宽度从宽度优化波导外端至内端依次为1.5μm、1.55μm、1.76μm、1.60μm、1.89μm、1.89μm、1.77μm、1.77μm、1.8μm、1.81μm、1.7μm、1.8μm1、1.93μm。
6、进一步为：铌酸锂波导的材料为铌酸锂且为各项异性晶体。
7、进一步为：铌酸锂波导的厚度为300nm，宽度优化波导的侧壁倾角为70°，宽度优化波导的截面为等腰梯形。
8、进一步为：输入波导和输出波导的宽度均为1.2μm，宽度优化波导的长度为4.5μm。
9、进一步为：铌酸锂波导的折射率为[nx，ny，nz]=[2.2111，2.2111，2.13]。
10、进一步为：自成像区域由宽度优化波导交叉重叠的部分形成。
11、本专利技术的有益效果：1.支持te、tm模式的光同时传播，相互之间没有干扰，且传输损耗、串扰几乎一致，即偏振无关。2.结构简单、稳定，且尺寸很小方便集成。3.采用lnoi材料，铌酸锂材料相较硅材料具有透明波段宽、吸收损耗低、抗光学损伤阈值高等特点，尤其是同时具有很高的非线性光学、电光、声光、热光系数。4.运用所述宽度优化波导相比传统矩形十字交叉波导有利于降低损耗和串扰，所述基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导的器件结构的传输效率不低于93%，串扰低于-30db。5.所述基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导的器件结构与锥形mmi波导交叉结构相比，它的结构对称，只有偶次模式，在微纳米级mmi波导中传输效率更高。
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1.一种基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，其特征在于：包括二氧化硅基底、铌酸锂波导以及二氧化硅包层，铌酸锂波导位于二氧化硅基底上，二氧化硅包层覆盖在铌酸锂波导和二氧化硅基底上；
2.根据权利要求1所述的基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，其特征在于：A为100，B为13，C为15nm；13个宽度变化点的宽度从宽度优化波导外端至内端依次为1.5μm、1.55μm、1.76μm、1.60μm、1.89μm、1.89μm、1.77μm、1.77μm、1.8μm、1.81μm、1.7μm、1.8μm1、1.93μm。
3.根据权利要求2所述的基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，其特征在于：铌酸锂波导的材料为铌酸锂且为各项异性晶体。
4.根据权利要求2所述的基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，其特征在于：铌酸锂波导的厚度为300nm，宽度优化波导的侧壁倾角为70°，宽度优化波导的截面为等腰梯形。
5.根据权利要求2所述的基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，其特征在于：输入波导和输出波导的宽度
6.根据权利要求2所述的基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，其特征在于：铌酸锂波导的折射率为[nx，ny，nz]=[2.2111，2.2111，2.13]。
7.根据权利要求1所述的基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，其特征在于：自成像区域由宽度优化波导交叉重叠的部分形成。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，其特征在于：包括二氧化硅基底、铌酸锂波导以及二氧化硅包层，铌酸锂波导位于二氧化硅基底上，二氧化硅包层覆盖在铌酸锂波导和二氧化硅基底上；
2.根据权利要求1所述的基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，其特征在于：a为100，b为13，c为15nm；13个宽度变化点的宽度从宽度优化波导外端至内端依次为1.5μm、1.55μm、1.76μm、1.60μm、1.89μm、1.89μm、1.77μm、1.77μm、1.8μm、1.81μm、1.7μm、1.8μm1、1.93μm。
3.根据权利要求2所述的基于多模干涉耦合结构的偏振无关铌酸锂交叉波导，其特征在于：铌酸锂波导的材料为铌酸锂且为各项异性晶...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓春雨，于坤，路怡博，张伟，王建业，刘悦，周成鑫，张军，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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