基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器及方法技術

本發明專利技術公開了一種基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器及方法，涉及光通信器件領域。該3dB分合束器包括軸對稱波導、第一梯形波導、第二梯形波導、第一彎曲波導、第二彎曲波導，軸對稱波導的對稱軸與傳播方向平行，軸對稱波導在定向耦合區逐漸縮窄到一定寬度；第一梯形波導、第二梯形波導對稱布置在軸對稱波導的兩側，在定向耦合區，第一梯形波導、第二梯形波導的寬度均逐漸加寬；第一彎曲波導與第一梯形波導連接，連接處寬度相等；第二彎曲波導與第二梯形波導連接，連接處寬度相等；第一彎曲波導、第二彎曲波導沿軸對稱波導的對稱軸對稱布置。本發明專利技術能實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬3dB分合束，不需要很高的光刻精度。

Ultra wideband wide 3dB shunt beam combiner and method based on trapezoidal waveguide directional coupler

The invention discloses an ultra wideband wide 3dB shunt combiner based on a trapezoidal waveguide directional coupler and a method thereof, relating to the field of optical communication devices. The 3dB combiner includes symmetrical trapezoidal waveguide, waveguide, the first second trapezoidal waveguide, first bend waveguide, second bend waveguide, waveguide axis symmetry symmetry axis parallel with the direction of propagation and the axial symmetric waveguide directional coupling in the region gradually narrowed to a certain width; first, second symmetrical trapezoidal wave guide trapezoidal waveguide in shaft both sides of the symmetric waveguide directional coupling, in the region, the first and second trapezoidal waveguide trapezoidal waveguide width are gradually widened; the first bend waveguide is connected with the first connection of trapezoidal waveguide, equal width; second bend waveguides and second trapezoidal waveguide junction of equal width; the first bend waveguide, second curved waveguide symmetry along the axis symmetric waveguide the axial symmetrical arrangement. The invention can realize ultra wideband wide 3dB split beam which covers the O band to the U band of the optical communication, and does not need very high photoetching precision.

【技術實現步驟摘要】
基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器及方法
本專利技術涉及光通信器件領域，具體是涉及一種基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器及方法。
技術介紹
超寬帶寬3dB分合束器是光通信中偏振復用等應用的一個重要器件。目前使用的3dB分束器主要有：Y分支3dB分束器、1×2多模干涉儀、基于消逝場的3波導分束器。Y分支3dB分束器雖然可以實現超寬帶寬的3dB分束，但是由于存在重要的精細結構，所以需要很高的加工精度，成本很高。1×2多模干涉儀的主要缺點是帶寬不寬，需要針對不同波段分別設計。基于消逝場的3波導分束器應用了3個梯形的波導，入射波導收窄到相當小的程度，使光泄露后進入兩個出射波導，這種結構雖然可以做得非常短，但也存在重要的精細結構，所以也需要很高的加工精度，成本很高。因此，現有的3dB分合束器需要很高的加工精度、加工成本高，或者帶寬較窄。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服上述
技術介紹
的不足，提供一種基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器及方法，能夠實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬3dB分合束，且不需要很高的光刻精度，工藝復雜度低，成本低。本專利技術提供一種基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器，該3dB分合束器包括軸對稱波導、第一梯形波導、第二梯形波導、第一彎曲波導、第二彎曲波導，軸對稱波導的對稱軸與傳播方向平行，軸對稱波導在定向耦合區逐漸縮窄到一定寬度；第一梯形波導、第二梯形波導對稱布置在軸對稱波導的兩側，在定向耦合區，第一梯形波導、第二梯形波導的寬度均逐漸加寬；第一彎曲波導與第一梯形波導連接，連接處寬度相等；第二彎曲波導與第二梯形波導連接，連接處寬度相等；第一彎曲波導、第二彎曲波導沿軸對稱波導的對稱軸對稱布置。在上述技術方案的基礎上，入射光由3dB分合束器的一端入射，進入軸對稱波導，在定向耦合區，對稱的耦合到第一梯形波導與第二梯形波導中；當第一梯形波導與第二梯形波導的長度足夠長時，耦合過程是絕熱的，即實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的耦合；第一梯形波導中的光由第一彎曲波導引出，第二梯形波導中的光由第二彎曲波導引出，最終從3dB分合束器的另一端出射，實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的3dB分束。在上述技術方案的基礎上，入射光由3dB分合束器的另一端入射，分別進入第一彎曲波導、第二彎曲波導，第一彎曲波導中的光入射到第一梯形波導中，第二彎曲波導中的光入射到第二梯形波導中，第一梯形波導、第二梯形波導中的光在傳播過程中逐漸耦合到軸對稱波導中，當第一梯形波導與第二梯形波導的長度足夠長時，耦合過程是絕熱的，即實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的耦合；最終從軸對稱波導左端出射，實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的3dB合束。在上述技術方案的基礎上，所述軸對稱波導在定向耦合區逐漸縮窄到不小于制作工藝最小制作線寬的寬度。在上述技術方案的基礎上，在定向耦合區，所述第一梯形波導、第二梯形波導的寬度均由不小于制作工藝最小制作線寬的寬度逐漸加寬。本專利技術還提供一種應用在上述3dB分合束器的基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束方法，包括以下步驟：入射光由3dB分合束器的一端入射，進入軸對稱波導，在定向耦合區，對稱的耦合到第一梯形波導與第二梯形波導中；當第一梯形波導與第二梯形波導的長度足夠長時，耦合過程是絕熱的，即實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的耦合；第一梯形波導中的光由第一彎曲波導引出，第二梯形波導中的光由第二彎曲波導引出，最終從3dB分合束器的另一端出射，實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的3dB分束；入射光由3dB分合束器的另一端入射，分別進入第一彎曲波導、第二彎曲波導，第一彎曲波導中的光入射到第一梯形波導中，第二彎曲波導中的光入射到第二梯形波導中，第一梯形波導、第二梯形波導中的光在傳播過程中逐漸耦合到軸對稱波導中，當第一梯形波導與第二梯形波導的長度足夠長時，耦合過程是絕熱的，即實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的耦合；最終從軸對稱波導左端出射，實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的3dB合束。在上述技術方案的基礎上，所述軸對稱波導在定向耦合區逐漸縮窄到不小于制作工藝最小制作線寬的寬度。在上述技術方案的基礎上，在定向耦合區，所述第一梯形波導、第二梯形波導的寬度均由不小于制作工藝最小制作線寬的寬度逐漸加寬。與現有技術相比，本專利技術的優點如下：(1)本專利技術中的軸對稱波導在定向耦合區逐漸縮窄到一定寬度；第一梯形波導、第二梯形波導對稱布置在軸對稱波導的兩側，第一梯形波導、第二梯形波導的寬度均逐漸加寬；第一彎曲波導與第一梯形波導連接，連接處寬度相等；第二彎曲波導與第二梯形波導連接，連接處寬度相等；第一彎曲波導、第二彎曲波導沿軸對稱波導的對稱軸對稱布置。當耦合區的長度足夠長時，波導寬度變化較慢，耦合過程是絕熱的，即可實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的耦合。(2)器件不存在精細尺寸，不需要很高的光刻精度，工藝復雜度低，容差大，成品率高，成本低。附圖說明圖1是本專利技術實施例中基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器的俯視圖。圖2是圖1的主視圖。圖3是圖1沿A-A方向的剖視圖。圖4是圖1沿B-B方向的剖視圖。附圖標記：1-軸對稱波導，2-第一梯形波導，3-第二梯形波導，4-第一彎曲波導，5-第二彎曲波導。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本專利技術作進一步的詳細描述。參見圖1所示，本專利技術實施例提供一種基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器，包括軸對稱波導1、第一梯形波導2、第二梯形波導3、第一彎曲波導4、第二彎曲波導5，軸對稱波導1的對稱軸與傳播方向平行，軸對稱波導1在定向耦合區逐漸縮窄到一定寬度；第一梯形波導2、第二梯形波導3對稱布置在軸對稱波導1的兩側，在定向耦合區，第一梯形波導2、第二梯形波導3的寬度均逐漸加寬；第一彎曲波導4與第一梯形波導2連接，連接處寬度相等；第二彎曲波導5與第二梯形波導3連接，連接處寬度相等；第一彎曲波導4、第二彎曲波導5沿軸對稱波導1的對稱軸對稱布置。本專利技術實施例還提供一種應用在上述3dB分合束器的基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束方法，包括以下步驟：入射光由3dB分合束器的一端入射，進入軸對稱波導1，在定向耦合區，對稱的耦合到第一梯形波導2與第二梯形波導3中；當第一梯形波導2與第二梯形波導3的長度足夠長時，耦合過程是絕熱的，即可實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的耦合；第一梯形波導2中的光由第一彎曲波導4引出，第二梯形波導3中的光由第二彎曲波導5引出，最終從3dB分合束器的另一端出射，實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的3dB分束。入射光由3dB分合束器的另一端入射，分別進入第一彎曲波導4、第二彎曲波導5，第一彎曲波導4中的光入射到第一梯形波導2中，第二彎曲波導5中的光入射到第二梯形波導3中，第一梯形波導2、第二梯形波導3中的光在傳播過程中逐漸耦合到軸對稱波導1中，當第一梯形波導2與第二梯形波導3的長度足夠長時，耦合過程是絕熱的，即可實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的耦合；最終從軸對稱波導1左端出射，實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的3dB合束。在實際應用中，軸對稱波導1在定向耦合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器，其特征在于：該3dB分合束器包括軸對稱波導(1)、第一梯形波導(2)、第二梯形波導(3)、第一彎曲波導(4)、第二彎曲波導(5)，軸對稱波導(1)的對稱軸與傳播方向平行，軸對稱波導(1)在定向耦合區逐漸縮窄到一定寬度；第一梯形波導(2)、第二梯形波導(3)對稱布置在軸對稱波導(1)的兩側，在定向耦合區，第一梯形波導(2)、第二梯形波導(3)的寬度均逐漸加寬；第一彎曲波導(4)與第一梯形波導(2)連接，連接處寬度相等；第二彎曲波導(5)與第二梯形波導(3)連接，連接處寬度相等；第一彎曲波導(4)、第二彎曲波導(5)沿軸對稱波導(1)的對稱軸對稱布置。

【技術特征摘要】
1.一種基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器，其特征在于：該3dB分合束器包括軸對稱波導(1)、第一梯形波導(2)、第二梯形波導(3)、第一彎曲波導(4)、第二彎曲波導(5)，軸對稱波導(1)的對稱軸與傳播方向平行，軸對稱波導(1)在定向耦合區逐漸縮窄到一定寬度；第一梯形波導(2)、第二梯形波導(3)對稱布置在軸對稱波導(1)的兩側，在定向耦合區，第一梯形波導(2)、第二梯形波導(3)的寬度均逐漸加寬；第一彎曲波導(4)與第一梯形波導(2)連接，連接處寬度相等；第二彎曲波導(5)與第二梯形波導(3)連接，連接處寬度相等；第一彎曲波導(4)、第二彎曲波導(5)沿軸對稱波導(1)的對稱軸對稱布置。2.如權利要求1所述的基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器，其特征在于：入射光由3dB分合束器的一端入射，進入軸對稱波導(1)，在定向耦合區，對稱的耦合到第一梯形波導(2)與第二梯形波導(3)中；當第一梯形波導(2)與第二梯形波導(3)的長度足夠長時，耦合過程是絕熱的，即實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的耦合；第一梯形波導(2)中的光由第一彎曲波導(4)引出，第二梯形波導(3)中的光由第二彎曲波導(5)引出，最終從3dB分合束器的另一端出射，實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的3dB分束。3.如權利要求1所述的基于梯形波導定向耦合器的超寬帶寬3dB分合束器，其特征在于：入射光由3dB分合束器的另一端入射，分別進入第一彎曲波導(4)、第二彎曲波導(5)，第一彎曲波導(4)中的光入射到第一梯形波導(2)中，第二彎曲波導(5)中的光入射到第二梯形波導(3)中，第一梯形波導(2)、第二梯形波導(3)中的光在傳播過程中逐漸耦合到軸對稱波導(1)中，當第一梯形波導(2)與第二梯形波導(3)的長度足夠長時，耦合過程是絕熱的，即實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的耦合；最終從軸對稱波導(1)左端出射，實現覆蓋光通信O波段至U波段的超寬帶寬的3dB合束。4.如權利要求1所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳代高，肖希，王磊，李淼峰，楊奇，余少華，
申請(專利權)人：武漢郵電科學研究院，
類型：發明
國別省市：湖北,42