兩束功率相同的光分別經(jīng)由兩根輸出波導(dǎo)輸出。
[0028]本發(fā)明中，所取加工材料為普通SOI基片，輸入/輸出波導(dǎo)寬度均取硅波導(dǎo)寬度的典型值500nm，兩根輸出波導(dǎo)間隔1 μm，取邊長(zhǎng)為2.4 μπι?2.8 μπι的耦合區(qū)域分割為ΝΧΝ(如20X20)個(gè)同等大小的像素塊，每個(gè)像素塊具有中心軸對(duì)稱分布的狀態(tài):中心打孔或不打孔。若打孔，孔直徑范圍為80nm?lOOnm，孔深度根據(jù)加工條件通常都小于200nm，約120?200nm?？諝饪装匆欢ǖ年嚵信挪肌?br>[0029]本發(fā)明中，空氣孔陣列分布經(jīng)由優(yōu)化算法得來(lái)，算法可以為模擬退火法、直接二進(jìn)制算法等，針對(duì)現(xiàn)有輸出和目標(biāo)輸出的差值進(jìn)行優(yōu)化，其中所述目標(biāo)輸出是指輸入光波導(dǎo)與輸出光波導(dǎo)功率之比，并且兩個(gè)輸出光波導(dǎo)的功率相同，經(jīng)數(shù)次迭代，最終得到一個(gè)滿足目標(biāo)輸出條件的打孔陣列。由于本發(fā)明要解決的問(wèn)題屬于多最優(yōu)值問(wèn)題，利用不同的優(yōu)化算法或取不同的初始分布時(shí)，其優(yōu)化結(jié)果具有不同的最優(yōu)分布。
[0030]本發(fā)明中，亞波長(zhǎng)尺寸的空氣孔陣列的排布可以等效為一種非均勻緩變的折射率分布區(qū)域，可以同時(shí)對(duì)不同的波長(zhǎng)進(jìn)行引導(dǎo)，從而使得不同的波長(zhǎng)都能夠達(dá)到在輸出端口有效輸出的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了大工作帶寬的目的。
[0031]如圖1所示，首先，取輸入1/輸出2、3波導(dǎo)寬度均取硅波導(dǎo)寬度的典型值500nm，兩根輸出波導(dǎo)間隔1 μπι，將厚220nm大小為2.6ymX2.6 μπι的耦合區(qū)域分割為20X20個(gè)130nmX 130nm的像素塊，每個(gè)像素塊具有中心軸對(duì)稱分布的隨機(jī)的初始狀態(tài):中心打孔或不打孔，若打孔，孔直徑選為90nm，孔深度暫取200nm。取中心軸對(duì)稱的空氣孔陣列可以保證輸出端的功率一致性，同時(shí)加倍優(yōu)化算法的收斂速度?？咨疃葧喝?00nm是為了采取2D仿真，以保證優(yōu)化迭代速度。
[0032]如圖2所示，然后，經(jīng)由優(yōu)化算法，針對(duì)目標(biāo)輸出進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)改變一個(gè)或多個(gè)像素的刻蝕狀態(tài)，并計(jì)算新的輸出光譜，若新的輸出光譜比原輸出光譜更接近目標(biāo)輸出，則保留改變后的狀態(tài)。一次迭代指一次計(jì)算過(guò)程，經(jīng)過(guò)多次迭代后，將得到一個(gè)最優(yōu)的亞波長(zhǎng)空氣孔陣列分布。本發(fā)明要解決的問(wèn)題屬于多最優(yōu)值問(wèn)題，利用不同算法或取不同的初始分布時(shí)(例如圖2(a_c))，其對(duì)應(yīng)的優(yōu)化結(jié)果具有不同的最優(yōu)分布(例如圖2(d_f))。
[0033]經(jīng)數(shù)次迭代，最終得到一個(gè)滿足條件的打孔陣列，可以實(shí)現(xiàn)至少1520nm?1580nm寬波段范圍內(nèi)的低損耗50:50光功率輸出。接著，針對(duì)不同的刻蝕深度進(jìn)行3D優(yōu)化，優(yōu)化變量為孔直徑。如，對(duì)圖2 (d)所得的孔陣列進(jìn)行優(yōu)化后，得最優(yōu)直徑為96nm，其光場(chǎng)分布如圖3所示。
[0034]至此，該器件可經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)工藝制造完成，對(duì)應(yīng)于圖2(d)的孔陣列的樣片，其測(cè)試結(jié)果如圖4所示，黑線與灰線分別代表兩個(gè)端口的輸出插損，在1520nm?1580nm波段內(nèi)均小于4dB，即各端口附加損耗小于ldB。
[0035]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種娃基超材料光分束器，其特征在于:所述分束器包括基片，所述基片包括一個(gè)輸入波導(dǎo)和兩個(gè)輸出波導(dǎo)，在所述輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)之間具有NXN個(gè)同等大小的像素塊組成的耦合區(qū)域； 通過(guò)對(duì)所述像素塊進(jìn)行打孔，形成一個(gè)滿足預(yù)定輸出目標(biāo)的打孔陣列，所述輸出目標(biāo)是指輸入光波導(dǎo)與輸出光波導(dǎo)功率之比。2.如權(quán)利要求1所述的光分束器，其特征在于，所述輸入波導(dǎo)和所述輸出波導(dǎo)的寬度為 500nmo3.如權(quán)利要求1所述的光分束器，其特征在于，所述輸出波導(dǎo)的間隔為1μπι。4.如權(quán)利要求1所述的光分束器，其特征在于，所述孔直徑為80?lOOnm，深度為120 ?200nmo5.一種硅基超材料光分束器的制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)采用SOI基片，在所述基片上形成一個(gè)輸入波導(dǎo)和兩個(gè)輸出波導(dǎo)； (2)在所述基片上，將所述輸入波導(dǎo)和所述輸出波導(dǎo)之間的耦合區(qū)域分割為NXN個(gè)同等大小的像素塊，每個(gè)所述像素塊具有中心軸對(duì)稱分布的隨機(jī)初始狀態(tài)，所述初始狀態(tài)為中心打孔或不打孔； (3)根據(jù)目標(biāo)輸出，利用優(yōu)化算法，改變像素的刻蝕狀態(tài)，并計(jì)算新的輸出光譜，使得新的輸出光譜比原輸出光譜更接近目標(biāo)輸出，所述目標(biāo)輸出是指在預(yù)先設(shè)定波段內(nèi)，所述輸入端口與單個(gè)所述輸出端口的光功率的比值； (4)經(jīng)過(guò)多次迭代后，將得到一個(gè)最優(yōu)的亞波長(zhǎng)空氣孔陣列分布。6.如權(quán)利要求5所述的光分束器，其特征在于，所述輸入波導(dǎo)和所述輸出波導(dǎo)的寬度為 500nmo7.如權(quán)利要求5所述的光分束器，其特征在于，所述輸出波導(dǎo)的間隔為1ym。8.如權(quán)利要求5所述的光分束器，其特征在于，所述孔直徑為80?lOOnm，深度為120 ?200nmo9.如權(quán)利要求5所述的光分束器，其特征在于，所述目標(biāo)輸出是指在1520nm?1580nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，所述輸入光波導(dǎo)和單個(gè)所述輸出光波導(dǎo)的光功率的比值為2:1。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種硅基超材料光分束器及其制造方法，屬于集成光子器件領(lǐng)域；現(xiàn)有技術(shù)中的50:50光功率分束器工作寬帶窄，端口一致性差，損耗高；本發(fā)明的光分束器，包括基片，所述基片包括一個(gè)輸入波導(dǎo)和兩個(gè)輸出波導(dǎo)，在所述輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)之間具有N×N個(gè)同等大小的像素塊組成的耦合區(qū)域；通過(guò)對(duì)所述像素塊進(jìn)行打孔，通過(guò)優(yōu)化算法形成特殊的打孔陣列，由于亞波長(zhǎng)尺寸的空氣孔陣列的排布可以等效為一種非均勻緩變的折射率分布區(qū)域，可以同時(shí)對(duì)不同的波長(zhǎng)進(jìn)行引導(dǎo)，從而使得不同的波長(zhǎng)都能夠達(dá)到在輸出端口有效輸出的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了大工作帶寬的目的。
【IPC分類】G02B6/13, G02B6/125
【公開(kāi)號(hào)】CN105334575
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510926338
【發(fā)明人】張敏明, 盧魯璐子, 周飛亞, 劉德明
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日