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专利号: 202010701586X
申请人: 南京晓庄学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于双槽式硅纳米线波导的OAM模产生的模分复用器,其特征是,所述模分复用器是SOI结构,衬底为硅,包括:SiO2包层,三个单模输入波导,四个弯曲波导,四个模式耦合波导以及带有三段双槽模式转换区的多模总线波导;

所述单模输入波导,只支持基模的输入;

第一单模输入波导(3),经第一弯曲波导(4)和第一模式耦合区(5)耦合传入多模总线波导,转换为高阶模TE10,高阶模TE10模进入三段双槽模式转换区,能叠加合成为OAM‑1模,实现第一路OAM‑1模式复用;

多模总线波导(2)直接输入TE00,经过三段双槽模式转换区,模式未发生变化,在第四模式耦合区(15)连到OAM+2模式转换区(16)的末端生成OAM0 (TE00)输出,实现第二路OAM0模式复用;

第二单模输入波导(8),经第二弯曲波导(9)和第二模式耦合区(10)将基模耦合至多模总线波导,转换为高阶模TE10,高阶模TE10模直接经过第二段双槽模式转换区(7)生成OAM+1输出,实现第二路OAM+1模式的复用;

第三单模输入波导(11)输入,经第三弯曲波导(12)传入第三模式耦合区(13)的上波导,经过一定的耦合长度耦合入第三模式耦合区 (13)的下波导,转换为模式TE10模,TE10模再经第四弯曲波导(14)传入第四模式耦合区(15)的上波导,经过一定的耦合长度,耦合为总线波导中的TM11模,该模式经过双槽模式转换区生成OAM+2模式,实现第四路OAM+2模式复用;

所述模式耦合波导,实现基模到高阶模的转换;

三段双槽模式转换区的多模总线波导指多模波导实现OAM模式的转换;

所述双槽模式转换区指在多模总线波导的两个对角边上分别刻蚀了两个空气槽,且两槽的尺寸一致;包层材料为二氧化硅,包层内部传输波导的材料为硅;所述双槽模式转换区的两个刻蚀槽位于多模总线波导的两个对角边,宽度均为0.29µm,高度均为0.1µm;

第一单模输入波导(3)与第二单模输入波导(8)的宽度均为0.535µm;第一弯曲波导(4)与第二弯曲波导(9)的长度均为3µm,高度均为1.5µm,宽度均为0.535µm;

第三单模输入波导(11)的宽度为0.41µm,第三弯曲波导(12)的长度为3µm,高度为1.5µm,宽度为0.41µm;第三模式耦合区(13)上波导的宽度为0.41µm,下波导的宽度为0.553µm,二者耦合长度为17.5µm,耦合间距为50nm。

2.如权利要求1所述的模分复用器,其特征在于,衬底硅材料厚度为2µm,包层二氧化硅厚度为4µm,所有波导的厚度均为1µm。

3.如权利要求1所述的模分复用器,其特征在于,所述多模总线波导的宽度为1.1µm,高度为1µm,长度为35µm。

4.如权利要求1所述的模分复用器,其特征在于,第一模式耦合区(5)与第二模式耦合区(10)中的直波导耦合长度均为12.8µm,宽度均为0.535µm,与多模总线波导间的耦合间距均为50nm。

5.如权利要求1所述的模分复用器,其特征在于,第四弯曲波导(14)的长度为3µm,高度为1.5µm,宽度为0.553µm;第四模式耦合区(15)上波导的宽度为0.553µm,与下波导的耦合长度为 14µm,耦合间距为50nm。

6.如权利要求1‑5任一项所述的模分复用器,其特征在于,OAM模式产生及复用过程如下:

波长范围在1.48µm‑1.62µm的TE00从第一单模输入波导(3)输入,经第一弯曲波导(4)和第一模式耦合区(5)耦合传入多模总线波导,转换为高阶模TE10,TE10模进入第一段双槽模式转换区,叠加合成为OAM‑1模,实现第一路OAM‑1模式复用;

波长范围在1.48µm‑1.62µm的TE00从多模总线波导(2)输入,经过三段双槽模式转换区,模式未发生变化,在第四模式耦合区(15)连到OAM+2模式转换区(16)的末端生成OAM0 (TE00)输出,实现第二路OAM0模式复用;

波长范围在1.48µm‑1.62µm的TE00从第二单模输入波导(8)输入,经第二弯曲波导(9)传入第二模式耦合区(10),耦合进总线波导中,转换为模式TE10模,继续传输进入第二段双槽模式转换区(7),在第二段双槽模式转换区(7)末端生成OAM+1输出,实现第三路OAM+1模式复用;

波长范围在1.48µm‑1.62µm的TE00从第三单模输入波导(11)输入,经第三弯曲波导(12)传入第三模式耦合区(13)的上波导,经过一定的耦合长度耦合入第三模式耦合区的下波导,转换为模式TE10模,TE10模再经第四弯曲波导(14)传入第四模式耦合区(15)的上波导,经过一定的耦合长度,耦合为总线波导中的TM11模,该模式经过双槽模式转换区生成OAM+2模式,实现第四路OAM+2模式复用。