一種基于阻抗匹配介質的無反射型光功分器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于阻抗匹配介質的無反射型光功分器，屬于集成光子器件技術 領域。
【背景技術】
[0002] 1XN光功分器是光纖到戶無源接入網(wǎng)中連接光線路終端（0LT)和光網(wǎng)絡終端 (0NU)的關鍵無源器件。早期的功分器有光纖型功分器、透鏡型功分器，體積較大、可靠性 差、功分不均勻、不易集成、不易調(diào)整功率分配且分路數(shù)少等缺點。隨著PLC技術的發(fā)展，出 現(xiàn)了 PLC型功分器。PLC型功分器是將PLC芯片和輸入、輸出光纖陣列（FA)封裝而成。PLC 工藝制作的PLC型光功分器，工作帶寬較寬、損耗低、均勻性好、尺寸小、可靠性高、工藝兼 容性好。不管出射端口的數(shù)目是多少，器件都可以封裝成尺寸較小的一個功分器。
[0003] 隨著光通信技術的進展，傳統(tǒng)PLC型光功分器已無法滿足日益增長的需求。光 功分器的插入損耗、附加損耗和尺寸都需要進一步降低，從而提高其性能。如何實現(xiàn)低損 耗、結構緊湊、均勻功分、大分路數(shù)便成為了日益突出的問題。PLC型光波導實現(xiàn)T型分路 及90°轉彎時，由于大角度彎曲勢必大大增加損耗，若要降低損耗，則必須采用縱向緩變結 構，加長器件尺寸。此外，在加工制作中不可避免地引進一些誤差，導致功分不均勻。因此， 如何設計一種集成度高、損耗低的光功分器是十分關鍵的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于阻抗匹配介質的無反射型光功分器， 該光功分器具有無反射特性，利用阻抗匹配介質材料實現(xiàn)超低損耗直角拐彎和T型分路， 從而達到結構緊湊和損耗極低的效果。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案：
[0006] 本發(fā)明提供一種基于阻抗匹配介質的無反射型光功分器，該光功分器包括N-1個 T型分路單元，N為大于或等于2的自然數(shù)，前一級T型分路單元的輸出端和后一級T型分 路單元的輸入端連接；T型分路單元由阻抗匹配介質材料構成，實現(xiàn)無反射、超低損耗T型 分路；在前一級T型分路單元的輸出端與后一級T型分路單元的輸入端之間設有直角拐彎 單元，該直角拐彎單元由阻抗匹配介質材料構成，實現(xiàn)超低損耗、無反射直角拐彎；
[0007] 所述阻抗匹配介質材料的連續(xù)阻抗函數(shù)為：
[0009] 且滿足如下坐標變換，即：將高為h、長為d的坐標變換矩形區(qū)變換至高為h、長分 別為山和d 2的兩個四邊形區(qū)域，具體表達式如下：

[0013] 其中，β為等相位面逐漸偏轉角度，
為空間坐標 (X，y, ζ)經(jīng)過坐標變換之后的坐標。
[0014] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，對于TE波，阻抗匹配介質材料通過調(diào)節(jié)磁導率的 響應來實現(xiàn)。
[0015] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，對于TE波，阻抗匹配介質材料通過人工電磁材料 SRRS來實現(xiàn)。
[0016] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，對于TM波，阻抗匹配介質材料的相對磁導率為1， 是一個電響應的材料。
[0017] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，對于TM波，阻抗匹配介質材料通過金屬線來實 現(xiàn)。
[0018] 本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：
[0019] (1)本發(fā)明提出新型阻抗匹配介質材料，對于TE波，阻抗匹配介質材料可以保持 介電常數(shù)不變，通過調(diào)節(jié)磁導率的響應來實現(xiàn)，可以通過人工電磁材料SRRS來實現(xiàn)；而對 于TM波，阻抗匹配介質材料1的相對磁導率為1，只是一個電響應的材料，可以通過金屬線 來實現(xiàn)；
[0020] (2)本發(fā)明提出的T型分路單元利用阻抗匹配介質構成，一方面可以得到尺寸集 成的分路單元；另一面阻抗匹配介質可實現(xiàn)無反射分路。一般傳統(tǒng)分路單元基于Y型分支 結構，相比于T型分路單元尺寸較大，而且基于普通半導體材料的PLC型Y分支結構無法設 計得到無反射特性，從而具有較大的損耗。而本發(fā)明提出的基于阻抗匹配介質的T型分路 單元可實現(xiàn)無反射特性，從而可得到集成度高和損耗極低的分路單元；
[0021] (2)本發(fā)明提出的直角拐彎單元基于阻抗匹配介質，同樣可實現(xiàn)無反射和超低損 耗拐彎傳輸。傳統(tǒng)拐彎結構一般無法達到直角拐彎效果，要么損耗較大，要么需要特殊的結 構，無反射鏡等。本發(fā)明基于阻抗匹配介質，可容易的實現(xiàn)無反射低損耗的直角拐彎，從而 提高了光功分器的集成度，降低了整個器件的損耗；
[0022] (3)本發(fā)明基于阻抗匹配介質，該介質通過特殊設計可實現(xiàn)不同材料間的阻抗匹 配，而且可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)阻抗，從而達到無反射效果。
【附圖說明】
[0023] 圖1是1 X N功分器結構示意圖。
[0024] 圖2是T型分路器單元結構示意圖。
[0025] 圖3是直角拐彎單元結構示意圖。
[0026] 圖4是無反射的拐彎結構坐標變換。
[0027] 圖5是無反射的壓縮/擴束坐標變換。
[0028] 圖6是T型分路器單元仿真分析結果。
[0029] 圖7是直角拐彎單元仿真分析結果。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明：
[0031] 如圖1、2和3所示，本發(fā)明提供一種基于阻抗匹配介質的無反射型光功分器，該光 功分器包括N-1個T型分路單元1，N為大于或等于2的自然數(shù)，前一級T型分路單元1的 輸出端和后一級T型分路單元1的輸入端連接；T型分路單元1由阻抗匹配介質材料構成， 實現(xiàn)無反射、超低損耗T型分路；在前一級T型分路單元1的輸出端與后一級T型分路單元 1的輸入端之間設有直角拐彎單元2,該直角拐彎單元2由阻抗匹配介質材料構成，實現(xiàn)超 低損耗、無反射直角拐彎。
[0032] 所述阻抗匹配介質材料的連續(xù)阻抗函數(shù)為：
[0034] 且滿足如下坐標變換，即：將高為h、長為d的坐標變換矩形區(qū)變換至高為h、長分 別為山和d 2的兩個四邊形區(qū)域，如圖4所示，具體表達式如下：

[0038] 其中，β為等相位面逐漸偏轉角度， 為空間坐標 (X，y, Ζ)經(jīng)過坐標變換之后的坐標。
[0039] 下面對本發(fā)明中的阻抗匹配介質材料的設計作進一步闡述：
[0040] 對于一個給定的坐標變換X' = X'（X)，阻抗匹配介質材料的相對介電常數(shù)ε P V 和相對磁導率μP V的計算表達式為：
[0043] 其中，ε為真空中相對介電常數(shù)，μ為真空中相對介電常數(shù)，k為波數(shù)，
是X方向聯(lián)系變換空間（X'，y'，Z'）和原空間（X，y, ζ)的矩陣元，是y方 向聯(lián)系變換空間（X'，y'，ζ'）和原空間（X，y, ζ)的矩陣元，i、j分別指代X和y方向，δ u 是delta函數(shù)。
[0044] 首先，設計二維無反射的壓縮/擴束元件，坐標變換示意圖如圖4所示，為了壓縮 沿+Z方向傳播的電磁波，實施這樣的一個坐標變換，坐標變換沿X方向線性變化，可定義如 下坐標變換：
[0048] 其中，γ為壓縮系數(shù)，γ < 1對應壓縮，γ > 1為擴束。
[0049] 上述的坐標變換在邊界z ' = 0處連續(xù)，但是在z ' = d處不連