一種硅基納米線混合十字交叉器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硅基納米線混合十字交叉器，該交叉器包括兩個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元、兩個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元、正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)和十字交叉多模波導(dǎo)，兩個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元和兩個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元分別通過正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)與十字交叉多模波導(dǎo)連接；每個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元與一個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元相對(duì)；每個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元包括用于光信號(hào)輸入的槽波導(dǎo)和模式轉(zhuǎn)換器，模式轉(zhuǎn)換器連接在槽波導(dǎo)和正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)之間；每個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元包括用于光信號(hào)輸出的條形波導(dǎo)和單模波導(dǎo)，單模波導(dǎo)連接在條形波導(dǎo)和正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)之間。該十字交叉器具有傳輸效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低、制造難度低、價(jià)格相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種硅基納米線混合十字交叉器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成光子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說，涉及一種硅基納米線混合十字交叉器。
【背景技術(shù)】
[0002]波導(dǎo)交叉器作為光子集成回路中的一類功能器件，在信號(hào)路由和提高器件的集成度方面具有重要的作用。直接的平面波導(dǎo)交叉，由于光場(chǎng)在波導(dǎo)交叉中心處明顯的衍射作用，使得損耗和串?dāng)_大為增加。尤其是對(duì)于高折射率差的材料如絕緣體上硅，損耗和串?dāng)_非常嚴(yán)重，這極大地影響了波導(dǎo)交叉器的性能，制約了它在集成光器件領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，研制出滿足應(yīng)用需求的波導(dǎo)交叉器，具有非常重要的意思。近年來，研究學(xué)者針對(duì)低損耗、低串?dāng)_的波導(dǎo)交叉器，進(jìn)行了大量的研究。例如采用模式擴(kuò)展型的交叉方案，將波導(dǎo)交叉處的模場(chǎng)限制在一個(gè)較大的范圍內(nèi)以減小損耗和串?dāng)_，但是雙刻蝕的制造工藝增加了器件的制造成本。此外，運(yùn)用垂直制造工藝來制造波導(dǎo)交叉器可獲得較好的器件性能，不過相對(duì)于平面工藝，這種制造方法明顯要復(fù)雜的多，制造成本也相對(duì)較高。目前這些方案雖然能不同程度的降低波導(dǎo)交叉器的損耗和串?dāng)_，提高器件的性能，但制造難度都較高，不適合大規(guī)模的應(yīng)用，而且交叉設(shè)計(jì)方法都只針對(duì)單一類型的條形結(jié)構(gòu)波導(dǎo)，這極大地限制了波導(dǎo)交叉器的應(yīng)用范圍。
[0003]目前槽波導(dǎo)作為一類結(jié)構(gòu)新穎的波導(dǎo)，自從2004年被康奈爾大學(xué)的MichalLipson教授團(tuán)隊(duì)首先提出來后，很快受到了許多研究人員的關(guān)注。這種波導(dǎo)的模場(chǎng)分布與條形波導(dǎo)的模場(chǎng)分布明顯不同，條形波導(dǎo)的模場(chǎng)主要分布于波導(dǎo)的芯層，而對(duì)于槽波導(dǎo)，根據(jù)電磁場(chǎng)的邊值關(guān)系，在垂直于高折射率差分布的材料分界面上，電場(chǎng)分量將出現(xiàn)不連續(xù)性，由于槽的寬度遠(yuǎn)小于槽兩側(cè)條形波導(dǎo)的特征衰減長(zhǎng)度，使得電場(chǎng)在低折射率的槽中大大增強(qiáng)，相應(yīng)的模場(chǎng)也將集中于微槽區(qū)域?；谶@種獨(dú)特的場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，許多光子器件相繼被提出或者制造出來，例如:光調(diào)制器、偏振分束器、微環(huán)諧振器、定向耦合器、波分復(fù)用器、生物/化學(xué)傳感器等。這些器件表現(xiàn)出與條形波導(dǎo)器件明顯不同的傳輸特性，為了實(shí)現(xiàn)這兩種不同類型波導(dǎo)器件的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，單片集成將是一個(gè)很好的解決方案，其中高效波導(dǎo)交叉器的應(yīng)用將有利于單片集成密度的提高。因此，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳輸效率高、制造方便、價(jià)格相對(duì)低廉的硅基納米線混合十字交叉器將很有意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種硅基納米線混合十字交叉器，該十字交叉器具有傳輸效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低、制造難度低、價(jià)格相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]一種硅基納米線混合十字交叉器，該交叉器包括兩個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元、兩個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元、正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)和十字交叉多模波導(dǎo)，兩個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元和兩個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元分別通過正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)與十字交叉多模波導(dǎo)連接；每個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元與一個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元相對(duì)；每個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元包括用于光信號(hào)輸入的槽波導(dǎo)和模式轉(zhuǎn)換器，模式轉(zhuǎn)換器連接在槽波導(dǎo)和正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)之間；每個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元包括用于光信號(hào)輸出的條形波導(dǎo)和單模波導(dǎo)，單模波導(dǎo)連接在條形波導(dǎo)和正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)之間。
[0007]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0008]1、傳輸效率高、損耗低。由于在波導(dǎo)交叉處引入了十字交叉多模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，相對(duì)于現(xiàn)有的直接波導(dǎo)交叉而言，該結(jié)構(gòu)可使得入射光場(chǎng)在波導(dǎo)交叉中心處加以匯聚以減小多模波導(dǎo)中入射光場(chǎng)的寬度，相應(yīng)的降低由于波導(dǎo)交叉所帶來的串?dāng)_和衍射損耗，傳輸效率也將明顯提高，此外在輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)和十字交叉多模波導(dǎo)之間加入了相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)用于高效轉(zhuǎn)換不同波導(dǎo)的模式，可進(jìn)一步提高傳輸和耦合效率。
[0009]2、制造難度低、可靠性高。本發(fā)明中所采用到的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，如十字交叉多模波導(dǎo)、正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)、對(duì)數(shù)型的模式轉(zhuǎn)換器、單模波導(dǎo)等的特征尺寸都比較大(都在微米或亞微米量級(jí))，這將放寬對(duì)實(shí)際光子器件制造設(shè)備特征尺寸的要求，降低制造難度，相應(yīng)的器件可靠性也可以得到保證。
[0010]3、可以實(shí)現(xiàn)不同波導(dǎo)模式的高效轉(zhuǎn)換。由于輸入波導(dǎo)模式和輸出波導(dǎo)模式不同，在本發(fā)明中加入了兩種模式轉(zhuǎn)換單元，分別是槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元和條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元，以及正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)結(jié)構(gòu)用以減小由于不同波導(dǎo)直接耦合所帶來的反射損耗和端面耦合損耗，提高模式轉(zhuǎn)換效率。
[0011]4、結(jié)構(gòu)緊湊、制作方便、成本低廉。本發(fā)明由于采用了高折射率差的絕緣體上硅材料，使得器件整體結(jié)構(gòu)具有較高的緊湊性。硅基納米線波導(dǎo)結(jié)構(gòu)材料便宜，并且與成熟的CMOS加工工藝兼容，制作方便，能夠?qū)崿F(xiàn)硅基單片集成，在集成光子學(xué)領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明中條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)橫電模的主分量模場(chǎng)分布圖。
[0014]圖3為本發(fā)明中槽波導(dǎo)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)橫電模的主分量模場(chǎng)分布圖。
[0015]圖4為本發(fā)明中模式轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明中模式轉(zhuǎn)換器傳輸效率與其第一長(zhǎng)度的變化關(guān)系。
[0017]圖6為本發(fā)明中模式轉(zhuǎn)換器傳輸效率與其第二長(zhǎng)度的變化關(guān)系。
[0018]圖7為本發(fā)明中模式轉(zhuǎn)換器傳輸效率與工作波長(zhǎng)的變化關(guān)系。
[0019]圖8為本發(fā)明中模式轉(zhuǎn)換器的傳輸模場(chǎng)分布圖。
[0020]圖9為本發(fā)明的傳輸模場(chǎng)分布圖,其中，橫坐標(biāo)表不器件橫向的尺寸,單位:微米(u m);縱坐標(biāo)表不器件傳輸方向的尺寸,單位:微米(μ m)o
[0021]圖10給出了第一種條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸模場(chǎng)分布圖,其中,橫坐標(biāo)表不器件橫向的尺寸，單位:微米(μ m);縱坐標(biāo)表示器件傳輸方向的尺寸，單位:微米(μ m)o
[0022]圖11給出了第二種條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸模場(chǎng)分布圖,其中,橫坐標(biāo)表不器件橫向的尺寸，單位:微米(μ m);縱坐標(biāo)表示器件傳輸方向的尺寸,單位:微米(μ m)o
[0023]圖中有:槽波導(dǎo)1、條形波導(dǎo)2、十字交叉多模波導(dǎo)3、單模波導(dǎo)4、模式轉(zhuǎn)換器5、正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的一種硅基納米線混合十字交叉器，包括兩個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元、兩個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元、正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6和十字交叉多模波導(dǎo)3。兩個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元和兩個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元分別通過正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6與十字交叉多模波導(dǎo)3連接。每個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元與一個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元相對(duì)。每個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元包括用于光信號(hào)輸入的槽波導(dǎo)I和模式轉(zhuǎn)換器5，模式轉(zhuǎn)換器5連接在槽波導(dǎo)I和正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6之間。每個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元包括用于光信號(hào)輸出的條形波導(dǎo)2和單模波導(dǎo)4。單模波導(dǎo)8連接在條形波導(dǎo)2和正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6之間。
[0026]光信號(hào)在上述結(jié)構(gòu)的混合十字交叉器中的傳輸特征如下:入射光信號(hào)從槽波導(dǎo)I輸入，經(jīng)過模式轉(zhuǎn)換器5絕熱地轉(zhuǎn)變?yōu)闂l形波導(dǎo)的模式，進(jìn)入正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6及十字交叉多模波導(dǎo)3并激勵(lì)出多個(gè)模式產(chǎn)生多模干涉現(xiàn)象。基于多模干涉的自鏡像效應(yīng)，入射信號(hào)的光場(chǎng)將在自鏡像長(zhǎng)度處重新匯聚，選擇十字交叉多模波導(dǎo)3的長(zhǎng)度為自鏡像長(zhǎng)度的兩倍，使得光場(chǎng)恰好在十字交叉多模波導(dǎo)3的交叉中心處匯聚以減小交叉所帶來的串?dāng)_和衍射損耗。當(dāng)光場(chǎng)從十字交叉多模波導(dǎo)3輸出時(shí)，進(jìn)入正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6及單模波導(dǎo)4，并最終從直通條形波導(dǎo)2端輸出。本發(fā)明的交叉器，從輸入波導(dǎo)進(jìn)入的光信號(hào)通過混合十字交叉器后能夠高效的從輸出波導(dǎo)輸出，產(chǎn)生較低的插入損耗、串?dāng)_和衍射損耗，從而實(shí)現(xiàn)不同波導(dǎo)信號(hào)的混合交叉?zhèn)鬏?。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低、制造難度低、價(jià)格相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)。
[0027]上述結(jié)構(gòu)的混合十字交叉器中，每個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元與一個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元相對(duì)。也就是說，兩個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元相鄰設(shè)置，兩個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元相鄰設(shè)置，每個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元與一個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元相對(duì)。該種結(jié)構(gòu)設(shè)置，主要用于解決不同波導(dǎo)輸入輸出的交叉?zhèn)鬏攩栴}，區(qū)別于目前輸入輸出波導(dǎo)相同的情況。在實(shí)際的硅基單片集成設(shè)計(jì)過程中往往會(huì)遇到不同波導(dǎo)輸入輸出的情形，因此本發(fā)明主要用于解決不同輸入輸出波導(dǎo)的混合交叉?zhèn)鬏攩栴}。
[0028]上述器件的制作材料均采用絕緣體上硅材料，即槽波導(dǎo)1、條形波導(dǎo)2、模式轉(zhuǎn)換器5、正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6、十字交叉多模波導(dǎo)3、單模波導(dǎo)4的材料均為硅，襯底和包層的材料為二氧化硅。槽波導(dǎo)I的微槽區(qū)域填充低折射率材料，例如填充二氧化硅、硅納米晶、或者聚合物等材料。這些材料的折射率都比硅的折射率小，差值在2左右。
[0029]進(jìn)一步，所述的兩個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元和兩個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元的長(zhǎng)度均相等。四個(gè)單元的長(zhǎng)度相同，可降低串?dāng)_、提高交叉?zhèn)鬏斝始胺奖銓?shí)際器件的制造。
[0030]進(jìn)一步，所述的模式轉(zhuǎn)換器5包括與槽波導(dǎo)I相連的第一波導(dǎo)區(qū)域及與正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6相連的第二波導(dǎo)區(qū)域，第一波導(dǎo)區(qū)域和第二波導(dǎo)區(qū)域根據(jù)波導(dǎo)對(duì)應(yīng)關(guān)系直接相連。在第一波導(dǎo)區(qū)域中，連接槽波導(dǎo)I 一側(cè)的波導(dǎo)寬度采用對(duì)數(shù)型曲線設(shè)置，另一側(cè)的波導(dǎo)及對(duì)應(yīng)微槽的寬度保持不變。在第二波導(dǎo)區(qū)域中，連接第一波導(dǎo)區(qū)域的一側(cè)波導(dǎo)寬度保持不變，另一側(cè)波導(dǎo)寬度采用對(duì)數(shù)型曲線設(shè)置，微槽的寬度采用反方向的對(duì)數(shù)關(guān)系變化。[0031]圖4為模式轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。模式轉(zhuǎn)換器5中的波導(dǎo)寬度采用對(duì)數(shù)型曲線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以使得槽波導(dǎo)和條形波導(dǎo)之間的模式接近于絕熱轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)高效的模式轉(zhuǎn)換。從槽波導(dǎo)到條形波導(dǎo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的模式轉(zhuǎn)換器的長(zhǎng)度依次定義為第一長(zhǎng)度11和第二長(zhǎng)度12，第一長(zhǎng)度11是模式轉(zhuǎn)換器5中與槽波導(dǎo)相連的第一波導(dǎo)區(qū)域的長(zhǎng)度；第二長(zhǎng)度是模式轉(zhuǎn)換器5中與正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6相連的第二波導(dǎo)區(qū)域的長(zhǎng)度。
[0032]圖5為模式轉(zhuǎn)換器傳輸效率與其第一長(zhǎng)度的變化關(guān)系，其中傳輸效率定義為模式轉(zhuǎn)換器輸出端的功率與其輸入端功率的比值。開始時(shí)隨著模式轉(zhuǎn)換器第一長(zhǎng)度的增加傳輸效率增加較快，但在第一長(zhǎng)度大于3μπι時(shí)傳輸效率逐漸趨于飽和。結(jié)合傳輸效率的變化關(guān)系，優(yōu)選設(shè)置第一長(zhǎng)度為4μπι。圖6為模式轉(zhuǎn)換器傳輸效率與其第二長(zhǎng)度的變化關(guān)系，隨著模式轉(zhuǎn)換器第二長(zhǎng)度的增加傳輸效率出現(xiàn)了兩個(gè)峰值，分別位于2.4 μ m和3.6 μ m處，考慮到器件結(jié)構(gòu)的緊湊性，選擇第二長(zhǎng)度為2.4μ m。圖7為模式轉(zhuǎn)換器傳輸效率與工作波長(zhǎng)的變化關(guān)系，在1.45 μ m到1.65 μ m的波長(zhǎng)范圍內(nèi)模式轉(zhuǎn)換器的傳輸效率都高于98%，在
1.55 μ m的通信波長(zhǎng)處傳輸效率更是接近99%，因此該種模式轉(zhuǎn)換器在混合十字交叉器中的運(yùn)用將有利于器件整體性能的提升。圖8為模式轉(zhuǎn)換器中的傳輸模場(chǎng)分布圖，能夠明顯看到槽波導(dǎo)和條形波導(dǎo)的光信號(hào)模式通過該轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了高效的傳輸及轉(zhuǎn)換。
[0033]進(jìn)一步，所述的正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6采用寬度按照正弦規(guī)律變化的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)單模波導(dǎo)4和十字交叉多模波導(dǎo)3之間的模式轉(zhuǎn)換。模式轉(zhuǎn)換器5采用對(duì)數(shù)型曲線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用于實(shí)現(xiàn)槽波導(dǎo)I和條形波導(dǎo)2之間高效的模式轉(zhuǎn)換。
[0034]本發(fā)明公開了一種硅基納米線混合十字交叉器，旨在提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)越、制造工藝簡(jiǎn)單、易于集成的混合波導(dǎo)交叉設(shè)計(jì)，可用于光通信和集成光子學(xué)等領(lǐng)域。光從槽波導(dǎo)I輸入，并在同方向的條形波導(dǎo)2輸出，在槽波導(dǎo)I輸出端引入模式轉(zhuǎn)換器5,用以實(shí)現(xiàn)槽波導(dǎo)I和條形波導(dǎo)2之間模式的高效轉(zhuǎn)換，及用于實(shí)現(xiàn)單模波導(dǎo)4和十字交叉多模波導(dǎo)3之間模式轉(zhuǎn)換的正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)6。同時(shí)在波導(dǎo)交叉處加入了十字交叉多模波導(dǎo)3，使得器件的整體結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單緊湊，相應(yīng)的損耗變得很小。
[0035]條形波導(dǎo)的芯層為硅，包層采用二氧化硅材料，槽波導(dǎo)的包層為二氧化硅，槽區(qū)域填充低折射率的材料(如:二氧化硅等)，槽區(qū)域兩側(cè)的納米線波導(dǎo)均為硅材料。
[0036]圖2為條形波導(dǎo)準(zhǔn)橫電模的主分量模場(chǎng)分布圖，條形波導(dǎo)的模場(chǎng)主要分布于波導(dǎo)芯層。圖3為槽波導(dǎo)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)橫電模的主分量模場(chǎng)分布圖，槽波導(dǎo)的模場(chǎng)則在微槽區(qū)域出現(xiàn)了明顯的增強(qiáng)。通過使用模式轉(zhuǎn)換器5可以實(shí)現(xiàn)兩者之間模式的相互轉(zhuǎn)換。圖9示出了本發(fā)明的傳輸模場(chǎng)分布圖，輸入的光場(chǎng)能夠高效的通過十字交叉器，傳輸?shù)较鄳?yīng)的輸出端口。作為對(duì)比，圖10給出了第一種條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸模場(chǎng)分布圖。該條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)采用條形波導(dǎo)直接十字交叉的結(jié)構(gòu)形式。從圖10中明顯看到由于波導(dǎo)交叉使得入射光場(chǎng)在交叉處損耗嚴(yán)重。圖11給出了第二種條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸模場(chǎng)分布圖。該條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)采用在條形波導(dǎo)交叉中心處加入了多模波導(dǎo)，四周的條形波導(dǎo)采用錐形過渡結(jié)構(gòu)與多模波導(dǎo)進(jìn)行連接的結(jié)構(gòu)形式。與第一種條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相比較，第二種條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以較好的改善波導(dǎo)交叉的傳輸特性，但位于中心處的多模波導(dǎo)與周圍條形波導(dǎo)的連接方式還有待改進(jìn)，例如，在波導(dǎo)連接端，條形波導(dǎo)與多模波導(dǎo)的寬度不匹配，由此會(huì)帶來部分的耦合損耗和反射損耗；同時(shí)輸入輸出波導(dǎo)的種類也不應(yīng)該局限于單一條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。對(duì)比圖9和圖11可以看到，圖11中所示器件的橫向端口有部分能量輸出，對(duì)應(yīng)于串?dāng)_，同時(shí)在傳輸方向上也有部分能量在交叉中心發(fā)生了衍射并沿著傳輸方向散射出去，對(duì)應(yīng)于衍射損耗。而本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，從圖9中可見明顯減小了這兩種主要損耗，提高了傳輸效率。因此，本發(fā)明的技術(shù)方案及所獲得的光信號(hào)傳輸特性明顯優(yōu)于現(xiàn)有的條形波導(dǎo)交叉器。
[0037]本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.一種硅基納米線混合十字交叉器，其特征在于，該交叉器包括兩個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元、兩個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元、正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)(6)和十字交叉多模波導(dǎo)(3)，兩個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元和兩個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元分別通過正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)(6)與十字交叉多模波導(dǎo)(3)連接；每個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元與一個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元相對(duì)；每個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元包括用于光信號(hào)輸入的槽波導(dǎo)(I)和模式轉(zhuǎn)換器(5 )，模式轉(zhuǎn)換器(5 )連接在槽波導(dǎo)(I)和正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)(6)之間；每個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元包括用于光信號(hào)輸出的條形波導(dǎo)(2)和單模波導(dǎo)(4)，單模波導(dǎo)(4)連接在條形波導(dǎo)(2)和正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)(6)之間。
2.按照權(quán)利要求1所述的硅基納米線混合十字交叉器，其特征在于，所述的兩個(gè)槽波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元和兩個(gè)條形波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換單元的長(zhǎng)度均相等。
3.按照權(quán)利要求1所述的硅基納米線混合十字交叉器，其特征在于，所述的模式轉(zhuǎn)換器(5)包括與槽波導(dǎo)(I)相連的第一波導(dǎo)區(qū)域及與正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)(6)相連的第二波導(dǎo)區(qū)域，第一波導(dǎo)區(qū)域和第二波導(dǎo)區(qū)域直接相連；在第一波導(dǎo)區(qū)域中，連接槽波導(dǎo)(I) 一側(cè)的波導(dǎo)寬度采用對(duì)數(shù)型曲線設(shè)置，另一側(cè)的波導(dǎo)及對(duì)應(yīng)微槽的寬度保持不變；在第二波導(dǎo)區(qū)域中，連接第一波導(dǎo)區(qū)域的一側(cè)波導(dǎo)寬度保持不變，另一側(cè)波導(dǎo)寬度采用對(duì)數(shù)型曲線設(shè)置，微槽的寬度采用反方向的對(duì)數(shù)關(guān)系變化。
4.按照權(quán)利要求1所述的硅基納米線混合十字交叉器，其特征在于，所述的正弦型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)(6)采用寬度按照正弦規(guī)律變化的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)單模波導(dǎo)(4)和十字交叉多模波導(dǎo)(3)之間的模式轉(zhuǎn)換。
【文檔編號(hào)】G02B6/125GK103513333SQ201310512245
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】肖金標(biāo), 徐銀 申請(qǐng)人:東南大學(xué)