基于硅波导和单模聚合物波导臂的热不敏感分波合波器

摘要

本发明公开了一种基于硅波导和单模聚合物波导臂的热不敏感分波合波器，涉及分波合波器领域。该热不敏感分波合波器包括聚合物基底、三个单模聚合物波导臂、形如“{”的宽度变化的Si波导，三个单模聚合物波导臂在聚合物基底上平行排列，Si波导包括三个端口，三个端口分别与三个单模聚合物波导臂耦合；信号光从第二单模聚合物波导臂进入，经传输之后，耦合到覆盖在其上方的Si波导中，经过Si波导的传输，在Si波导的两个输出端实现光波场能量Y结构的均分，分别将能量传输耦合到其Y分支的相应覆盖的第一单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂的端口上。本发明实现了热稳定的、极化不敏感、宽带宽的PWG到SiWG的分波/合波器。

说明书

技术领域

本发明涉及分波合波器领域，具体是涉及一种基于硅波导和单模聚合物波导臂的热不敏感分波合波器。

背景技术

OI(Optical Interconnects，光互连)是支持云数据中心服务器和高性能计算机日益增长的性能需求的热门技术。与电子互连相比，OI具有固有的优势，例如更大的带宽间隔，更密的互连集成度以及更高的电源效率。

集成CMOS硅(Si)光子技术将光学和电子功能集成在一个芯片上。目前，光子芯片技术已经由硅光子集成技术向纳米光子学范畴迈进。随着光子技术的不断发展，光子技术将帮助突破计算机电子技术的局限；通过大幅增加数据容量和提高数据传输速度，它将推动通信行业进入太比特时代，同时降低碳足迹和单位成本，并满足云数据中心服务器的增长需求。业界普遍认为，光子学具有类似于电子学的发展模式，都是由光子器件向光子集成、光子系统方向发展。

单模(SM)Si光子芯片可以进行缩放以提供高带宽密度，并且可以覆盖数据中心之间和内部的OI的范围。以此为目的所需的所有硅光子功能构建块已经被证实，并且实现了粗波分复用硅光子链路。尽管如此基于离散Si光子收发器的OI链路，由于大型标准形状因子外壳而受到带宽密度的限制，并且意味着高的组装成本开销。产业界也需要硅光子技术从光纤发展至WDM(wavelength division multiplexing，波分复用)技术，大多数厂商都在其产品路线图中规划了波分复用技术。因此，目前亟待研发可扩展的的硅光子集成合波/分波方案。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于硅波导和单模聚合物波导臂的热不敏感分波合波器，实现了热稳定的、极化不敏感、宽带宽的PWG到SiWG的分波/合波器。

本发明提供一种基于硅波导和单模聚合物波导臂的热不敏感分波合波器，所述热不敏感分波合波器包括聚合物基底、第一单模聚合物波导臂、第二单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂、形如“{”的宽度变化的Si波导，第一单模聚合物波导臂、第二单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂在聚合物基底上平行排列，形如“{”的宽度变化的Si波导包括三个端口，三个端口分别与第一单模聚合物波导臂、第二单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂耦合。

在上述技术方案的基础上，信号光从第二单模聚合物波导臂进入，经传输之后，耦合到覆盖在其上方的Si波导中，经过Si波导的传输，在Si波导的两个输出端实现光波场能量Y结构的均分，分别将能量传输耦合到其Y分支的相应覆盖的第一单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂的端口上。

在上述技术方案的基础上，所述Si波导的宽度在靠近三个端口处分别逐渐减小。

在上述技术方案的基础上，所述第一单模聚合物波导臂、第二单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂的宽度相同，且保持不变。

在上述技术方案的基础上，所述第一单模聚合物波导臂、第二单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂的折射率n_core＝1.5164。

在上述技术方案的基础上，所述聚合物基底的折射率n_clad＝1.511。

在上述技术方案的基础上，所述第一单模聚合物波导臂、第二单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂与聚合物基底的折射率差Δn＝n_core-n_clad＝0.0054，以保证单模模式的运行。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明提出一个可扩展的、具有成本效益的硅光子集成合波/分波方案：热不敏感分波合波器包括聚合物基底、第一单模聚合物波导臂、第二单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂、形如“{”的宽度变化的Si波导，第一单模聚合物波导臂、第二单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂在聚合物基底上平行排列，形如“{”的宽度变化的Si波导包括三个端口，三个端口分别与第一单模聚合物波导臂、第二单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂耦合；信号光从第二单模聚合物波导臂进入，经传输之后，耦合到覆盖在其上方的Si波导中，经过Si波导的传输，在Si波导的两个输出端实现光波场能量Y结构的均分，分别将能量传输耦合到其Y分支的相应覆盖的第一单模聚合物波导臂、第三单模聚合物波导臂的端口上。利用Si光子芯片上的硅波导(Si Waveguides，SiWG)与单模聚合物波导(Single-mode Polymer Waveguides SMPWG)之间的绝热光学耦合，实现了热稳定的、极化不敏感、宽带宽的PWG到SiWG的分波/合波器。

附图说明

图1是本发明实施例中基于硅波导和单模聚合物波导臂的热不敏感分波合波器的结构示意图。

图2是图1沿A-A方向的局部剖视图。

附图标记：1-第一单模聚合物波导臂，2-第二单模聚合物波导臂，3-第三单模聚合物波导臂，4-Si波导。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于硅波导和单模聚合物波导臂的热不敏感分波合波器，包括聚合物基底、第一单模聚合物波导臂1、第二单模聚合物波导臂2、第三单模聚合物波导臂3、形如“{”的宽度变化的Si波导4，第一单模聚合物波导臂1、第二单模聚合物波导臂2、第三单模聚合物波导臂3在聚合物基底上平行排列，形如“{”的宽度变化的Si波导4包括三个端口，三个端口分别与第一单模聚合物波导臂1、第二单模聚合物波导臂2、第三单模聚合物波导臂3耦合。

参见图1所示，信号光从第二单模聚合物波导臂2进入，经传输之后，耦合到覆盖在其上方的Si波导4中，经过Si波导4的传输，在Si波导4的两个输出端实现光波场能量Y结构的均分，分别将能量传输耦合到其Y分支的相应覆盖的第一单模聚合物波导臂1、第三单模聚合物波导臂3的端口上。

Si波导4的宽度在靠近三个端口处分别逐渐减小。

第一单模聚合物波导臂1、第二单模聚合物波导臂2、第三单模聚合物波导臂3的宽度相同，且保持不变。

第一单模聚合物波导臂1、第二单模聚合物波导臂2、第三单模聚合物波导臂3的折射率n_core＝1.5164，聚合物基底的折射率n_clad＝1.511。第一单模聚合物波导臂1、第二单模聚合物波导臂2、第三单模聚合物波导臂3与聚合物基底的折射率差Δn＝n_core-n_clad＝0.0054，以保证单模模式的运行。

参见图2所示，光学导波模式从第二单模聚合物波导臂2绝热地耦合到Si波导4，参见图1所示，在Si波导4中被均分，然后沿着不同的分路Si波导，又绝热地耦合到第一单模聚合物波导臂1、第三单模聚合物波导臂3中，从而实现光能量的分波功能。由于光路的可逆性，反之亦然，即可实现合波功能。

显然，本发明所举的例子只是基于基于硅—聚合物波导的热不敏感分波/合波器设计特例，例如：人们可以改变硅的Y分支结构实现能量的不均匀分离或合并。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。