本發(fā)明涉及的是一種光纖通信領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于硅基納米梁環(huán)路結(jié)構(gòu)的粗波分復(fù)用器。

背景技術(shù)：

隨著光通信系統(tǒng)的容量不斷上升，光器件的數(shù)量也在增加，這就導(dǎo)致了所需的機(jī)房面積增加，同時(shí)器件數(shù)越多產(chǎn)生的熱量也就越多，需要更多的散熱系統(tǒng)，從而增加了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本。為了減少器件個(gè)數(shù)、器件體積，降低成本，需要設(shè)計(jì)集成的光器件。硅基光子集成器件由于其cmos工藝兼容、高集成度和低功耗的特點(diǎn)，近年來(lái)得到了越來(lái)越多的關(guān)注。在多波段的光網(wǎng)絡(luò)中，粗波分復(fù)用(cwdm)器件是一類(lèi)很重要的無(wú)源器件，它通過(guò)對(duì)很寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)不同波長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行合路和分路，實(shí)現(xiàn)多波段的通信，提高網(wǎng)絡(luò)容量。目前市場(chǎng)上的cwdm器件主要由分立元件組成，為了適應(yīng)光器件小型化的需求，需要設(shè)計(jì)硅基集成的小型化wdm光波導(dǎo)器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)尺寸較大以及彎曲損耗難以滿(mǎn)足工業(yè)需要等缺陷，提出一種基于硅基納米梁環(huán)路結(jié)構(gòu)的粗波分復(fù)用器，避免了彎曲損耗，進(jìn)一步減小了器件尺寸，實(shí)現(xiàn)了較大的fsr，適用于粗波分復(fù)用。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括：納米梁和定向耦合器，其中：納米梁兩側(cè)分別與定向耦合器的兩個(gè)波導(dǎo)相連，納米梁為一根刻蝕有若干小孔的直波導(dǎo)，該納米梁由兩個(gè)反射鏡形成一個(gè)fp腔；通過(guò)改變納米梁的腔長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)粗波分復(fù)用器的中心波長(zhǎng)和fsr的改變。

所述的定向耦合器一側(cè)設(shè)有輸入端口和反射端口，另一側(cè)設(shè)有透射端口。

所述的定向耦合器包括兩段相鄰且平行的波導(dǎo)，通過(guò)倏逝場(chǎng)耦合實(shí)現(xiàn)光功率分配。

所述的輸入端口、透射端口和反射端口采用但不限于光柵耦合器。

通過(guò)將兩個(gè)粗波分復(fù)用器分別嵌入到一個(gè)馬赫曾德干涉儀的兩臂中，可以測(cè)量粗波分復(fù)用器的兩個(gè)輸出，該粗波分復(fù)用器的透射函數(shù)tt和反射函數(shù)tr滿(mǎn)足：其中：t1和k1為定向耦合器的傳輸系數(shù)和耦合系數(shù)，t1²+k1²＝1，a1是波導(dǎo)的傳輸率，a1＝exp(-αl1-jβl1)，α和β為波導(dǎo)的損耗系數(shù)和傳播常數(shù)，β＝2πng/λ，tfp和rfp分別為一個(gè)納米梁的透射函數(shù)和反射函數(shù)，l1是波導(dǎo)的長(zhǎng)度，ng為群折射率，λ為波長(zhǎng)。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明用一個(gè)納米梁替換由兩個(gè)薩格納克環(huán)鏡組成的fp腔，可以實(shí)現(xiàn)較大fsr和較小尺寸的粗波分復(fù)用器件，且濾波譜近似為方形。通過(guò)改變納米梁的腔長(zhǎng)可以改變粗波分復(fù)用器的中心波長(zhǎng)和fsr。

附圖說(shuō)明

圖1為基于硅基納米梁環(huán)路結(jié)構(gòu)的粗波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)圖；

圖2為硅基納米梁結(jié)構(gòu)的傳輸譜和反射譜；

圖3為基于硅基納米梁環(huán)路結(jié)構(gòu)的粗波分復(fù)用器的仿真光譜圖；

圖4為用于測(cè)量粗波分復(fù)用器兩個(gè)輸出端口的器件結(jié)構(gòu)圖；

圖中：納米梁1、波導(dǎo)2、定向耦合器3、小孔4、反射鏡5、輸入端口i、反射端口r、透射端口t。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)施例包括：納米梁1和定向耦合器3，該納米梁的兩端分別通過(guò)波導(dǎo)2與定向耦合器3兩端相連，連接的波導(dǎo)2長(zhǎng)度為l1，定向耦合器3一側(cè)端口設(shè)有輸入端口i和反射端口r，另一側(cè)端口設(shè)有透射端口t，定向耦合器3的耦合系數(shù)為t1。通過(guò)改變硅基納米梁兩個(gè)反射鏡5之間的波導(dǎo)1長(zhǎng)度l，可以改變粗波分復(fù)用器中心波長(zhǎng)。

為了測(cè)量該粗波分復(fù)用器的兩個(gè)輸出端口，可以將該粗波分復(fù)用器分別置于一個(gè)馬赫曾德干涉儀的兩臂，如圖4所示。

所述的粗波分復(fù)用器的透射函數(shù)tt和反射函數(shù)tr為：其中：t1和k1為定向耦合器3的傳輸系數(shù)和耦合系數(shù)，t1²+k1²＝1，a1是波導(dǎo)2的傳輸率，a1＝exp(-αl1-jβl1)，α和β為波導(dǎo)2的損耗系數(shù)和傳播常數(shù)，β＝2πng/λ，tfp和rfp分別為一個(gè)納米梁1的透射函數(shù)和反射函數(shù)，l1是波導(dǎo)2的長(zhǎng)度，ng為群折射率，λ為波長(zhǎng)。

所述的納米梁1參數(shù)為：小孔4個(gè)數(shù)：n＝4、小孔4半徑：r＝100nm、兩個(gè)孔4圓心之間的距離為：d＝300nm，兩個(gè)孔4組成一個(gè)反射鏡5，兩個(gè)反射鏡5之間的距離為：l＝16μm。該結(jié)構(gòu)可以在soi平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，納米梁波導(dǎo)2尺寸為700nm×220nm，其余波導(dǎo)2尺寸為450nm×220nm。仿真中，波導(dǎo)2的群折射率為4.35，損耗系數(shù)為160。該硅基納米梁的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。硅基納米梁的透射和反射光譜如圖2所示。

所述的輸入端口、透射端口和反射端口由光柵耦合器組成，實(shí)現(xiàn)與單模光纖的耦合。

該粗波分復(fù)用器的透射和反射光譜如圖3所示。其結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)為：t1＝0.924。自由頻譜范圍fsr＝23.817nm，3-db帶寬bw＝23.454nm，消光比er＝20.375db，插損il＝0.329db。其中心波長(zhǎng)和fsr可通過(guò)l改變。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明由于采用了硅基納米梁環(huán)路結(jié)構(gòu)，因此可以實(shí)現(xiàn)較大fsr和較小尺寸的粗波分復(fù)用器件，且濾波譜近似為方形。通過(guò)改變納米梁的腔長(zhǎng)可以改變粗波分復(fù)用器的中心波長(zhǎng)和fsr。

上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種基于硅基納米梁環(huán)路結(jié)構(gòu)的粗波分復(fù)用器及其應(yīng)用，包括：納米梁和定向耦合器，其中：納米梁兩側(cè)分別與定向耦合器的兩個(gè)波導(dǎo)相連，納米梁為一根刻蝕有若干小孔的直波導(dǎo)，該納米梁由兩個(gè)反射鏡形成一個(gè)法泊腔；通過(guò)改變納米梁的腔長(zhǎng)以改變粗波分復(fù)用器的中心波長(zhǎng)和自由頻譜范圍。本發(fā)明避免了彎曲損耗，進(jìn)一步減小了器件尺寸，實(shí)現(xiàn)了較大的FSR，因此適用于粗波分復(fù)用器。

技術(shù)研發(fā)人員：姜新紅;張紅霞;張永;邱辭源;蘇翼凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.20
技術(shù)公布日：2017.07.07