一種基于片上超透鏡結構的波長解復用器件，包括輸入波導、準直超透鏡、色散聚焦超透鏡、輸出波導陣列。從輸入波導進來的光經過準直超透鏡變成平行光，再經過色散聚焦超透鏡偏轉并聚焦耦合到輸出波導陣列。不同波長的光經過色散聚焦超透鏡后具有不同的偏轉角度，因此能進入到不同位置的輸出波導，由此實現波長解復用。本發明專利技術采用超透鏡結構靈活操控光波相位平面，可以實現超緊湊波長解復用器，且易于硅基集成。基集成。基集成。
【技術實現步驟摘要】
基于片上超透鏡結構的波長解復用器件
[0001]本專利技術涉及集成光電子的
，尤其是一種基于片上超透鏡結構的波長解復用器件。
技術介紹
[0002]對光實現靈活的調控一直是人們的一個夢想，近年來，科研人員提出了一種由亞波長量級微納結構構成超透鏡的概念，可以對光進行靈活的調控，并已經在實驗上驗證了這一想法，超透鏡的研究也取得了諸多進展。相比于傳統的透鏡，超透鏡對光的調控更加靈活，可以在更短的距離內實現對光的調控，具有更加小巧的體積，利于光學元件的集成。除此之外，超透鏡還可以突破衍射極限對光束進行聚焦，由于超透鏡是平面元件，從根本上解決了傳統透鏡的相差問題。超透鏡有多方面的應用潛力，在公開的專利CN112305689A中，參見圖7,該專利技術人用兩個二維的超透鏡的聚集作用，實現了激光器與硅光芯片之間的耦合。
[0003]在過去，微電子領域發展遵從摩爾定律，但是近幾年來，摩爾定律逐漸走到盡頭，這表明，微電子的發展已經迎來了瓶頸。低功耗、與CMOS工藝兼容的硅基光電子學的發展讓人們看到了采用光電子技術延續摩爾定律的希望。在未來，人們有望利用硅光技術實現芯片內光互連，從而突破金屬導線數據傳輸帶寬對集成電路芯片的制約。隨著數據傳輸容量與日俱增，人們迫切希望可以提高信道的利用率。采用波長復用的方法來傳輸信息，可以明顯提高信道利用率。在波分復用系統中，接收方需要對波長進行解復用，即對從一個輸入端口輸入進來的包含有不同波長的信號分解，得到多個僅包含單一波長的信號并從不同的輸出端口輸出。
[0004]陣列波導光柵是一個傳統的用于波長復用和解復用的器件，在很多實際系統中得到了廣泛應用。但是陣列波導光柵的結構復雜、尺寸較大，不利于大規模高密度集成。
技術實現思路
[0005]為克服上述現有技術的不足，本專利技術提供一種基于片上超透鏡結構的波長解復用器件，解決了傳統波長解復用器件尺寸大、結構復雜的問題。相比于在先申請CN112305689A中的二維超透鏡結構，在本
技術實現思路
中采用的是一維的超透鏡，且結構單元為在波導上刻蝕的長方形凹槽，專利CN112305689A中利用的是僅是超透鏡的聚焦效應，但在本專利技術中，利用了超透鏡的聚焦效應和色散效應，來實現一種基于超透鏡的波長解復用器件。
[0006]本專利技術可以通過以下技術方案實現：
[0007]一種基于片上超透鏡結構的波長解復用器件，包括輸入波導，所述輸入波導與準直超透鏡相連，所述的準直超透鏡與色散聚焦超透鏡相連，所述的色散聚焦超透鏡與輸出波導陣列相連。所述輸入波導用于傳輸輸入光波，所述準直超透鏡用于將輸入光波變成平面波，所述色散聚焦超透鏡用于給不同波長的光波加上不同的相位差并且聚焦到不同的輸出波導，所述輸出波導陣列用于傳輸輸出光波。
[0008]進一步，所述的片上準直超透鏡和色散聚焦超透鏡的結構單元的形狀為長方形凹
槽，凹槽的寬度和排列周期固定，通過改變凹槽的長度來控制光波的相位。
[0009]進一步，所述的準直超透鏡為橫向對稱結構，凹槽長度從中間向兩邊逐漸增加，所述色散聚焦超透鏡為橫向非對稱結構，凹槽長度從一邊向另一邊逐漸增加。
[0010]進一步，所述的波導的制作材料為硅，凹槽中填充的材料為空氣或者二氧化硅。
[0011]進一步，所述輸出波導陣列位于色散聚焦超透鏡的焦點處，用于接收不同波長的聚焦光束。
[0012]本專利技術有益的技術效果在于：
[0013]1)將超透鏡結構引入硅基波導內，能夠實現對于輸入光波相位的靈活調控。在一般的超透鏡設計中，超透鏡的色散效應是需要盡可能規避的一個缺點，但本專利技術將超透鏡的色散效應這個缺點進行合理的利用，并且利用了超透鏡的色散效應來實現波長解復用。
[0014]2)相比于傳統的波長解復用器件，本專利技術的波長解復用器件結構更加簡單，同時也可以顯著減小尺寸，降低損耗。
[0015]3)易于和其它硅基光電子器件集成，實現片上高密度集成平面光路芯片。
附圖說明
[0016]圖1為本專利技術基于片上超透鏡結構的波長解復用器件的總體結構示意圖。
[0017]圖2為光波通過準直超透鏡后的光場強度分布圖。
[0018]圖3為一半波導厚度平面中，光波通過準直超透鏡后在距離準直超透鏡1微米處垂直于傳播方向的電場強度分布。
[0019]圖4為一半波導厚度平面中，光波通過準直超透鏡后在距離準直超透鏡1微米處垂直于傳播方向的電場相位分布。
[0020]圖5為光波通過本專利技術色散聚焦超透鏡后傾斜聚焦的仿真圖。
[0021]圖6為光波通過本專利技術準直超透鏡和色散聚焦超透鏡之后的聚焦情況仿真圖。
[0022]圖7超透鏡的相位分布公式中各參數說明圖
[0023]圖8現有專利CN112305689A中基于超透鏡的激光器和硅光芯片耦合結構，其中101為激光器，201為隔離器，301為硅光芯片，202和203分別為準直超透鏡和耦合超透鏡。
具體實施方式
[0024]下面結合附圖及較佳實施例詳細說明本專利技術的具體實施方式。
[0025]如圖1所示，本專利技術基于片上超透鏡結構的波長解復用器件，采用在硅基波導上刻蝕出結構單元為長方形凹槽的超透鏡的技術方案，實現對于波長復用的光波的分離，即實現波長解復用。具體的，包括輸入波導1，輸入波導1與準直超透鏡2
②
相連，準直超透鏡2與色散聚焦超透鏡3相連，色散聚焦超透鏡3與輸出波導陣列4相連。該輸入波導1用于傳輸輸入光波，該準直超透鏡2用于將輸入的光波變成平面波，該色散聚焦超透鏡3用于給不同波長的光波加上不同的相位差，并且聚焦到不同的輸出波導處，該輸出波導陣列用于接收輸出光波。
[0026]上述的準直超透鏡2的聚焦點設計在光軸上，光波從準直超透鏡
②
的聚焦點處輸入，經過準直超透鏡2后輸入光波變為平面波，其光場強度分布仿真結果如圖2所示。在一半波導厚度平面中，光波通過準直超透鏡
②
后，在距離準直超透鏡
②
1微米處垂直于傳播方向
的電場強度和電場相位分布的仿真結果分別如圖3，圖4所示。可見準直超透鏡2可以有效的將輸入光波變為平面波。
[0027]上述色散聚焦超透鏡3的聚焦點設計在光軸之外，實現對于垂直入射光波的離軸聚焦，由于超透鏡具有色散效應，對于不同輸入波長的光波，超透鏡的焦距會發生改變，由于上述片上超透鏡是一個離軸聚焦的超透鏡，所以對于不同的輸入波長的光信號，上述片上超透鏡不僅會改變焦距，還會改變光的傳播方向，從而實現對于輸入混合波長光波的波長解復用。
[0028]上述片上準直超透鏡
②
和色散聚焦超透鏡
③
的結構單元為長方形凹槽，如圖1所示，凹槽中填充的材料為空氣或二氧化硅，固定結構單元的周期和凹槽的寬度，通過改變結構單元中凹槽的長度來控制光通過結構單元之后的相位。通過仿真得到凹槽長度與光通過結構單元后相位的對應關系，再依據超透鏡的相位分布公式：
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【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種基于片上超透鏡結構的波長解復用器件，包括用于傳輸輸入光波的輸入單模波導(1)和用于傳輸輸出光波的輸出波導陣列(4)，其特征在于：在所述的輸入單模波導(1)和輸出波導陣列(4)之間設有超透鏡，該超透鏡由依次連接的準直超透鏡(2)和色散聚焦超透鏡(3)構成；所述準直超透鏡(2)用于將輸入的光波轉成平行光，并傳輸至所述色散聚焦超透鏡(3)，所述色散聚焦超透鏡(3)用于給不同波長的光波加上不同的相位差并聚焦到所述的輸出波導陣列(4)。2.根據權利要求1所述的基于片上超透鏡結構的波長解復用器件，其特征在于：所述輸出波導陣列(4)位于所述的色散聚焦超透鏡(3)的焦點處，用于接收不同波長的聚焦光束。3.根據權利要求1所述的基于片上超透鏡結構的波長解復用器件，其特征在于：在所述的準直超透鏡(2)和色散聚焦超透鏡(3)上刻蝕有長方形凹槽，且該凹槽的寬度和排列周期固定...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周林杰，冉詩環，陸梁軍，陳建平，劉嬌，
申請(專利權)人：上海交大平湖智能光電研究院，
類型：發明
國別省市：
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