[0001] 本发明涉及集成光电子领域，提供一种波分复用器。

[0002] 在相关技术中，硅光子集成技术在一些光学功能上仍然难以满足不同应用的要求，需要发展新的器件方案。波分复用器是一类三端口光子器件，可以将一个光路中传播的两个不同波长的光波分开到两个不同光路中传播，或是将两个不同光路中传播的两个不同波长的光波合并到一个光路中传播。

[0003] 波分复用器在光通信中被广泛应用，实现不同波长的光信道复用和解复用的功能。目前，硅光子集成芯片上常用的波分复用器方案包括不等臂马赫增德尔干涉仪和双波导耦合的微环谐振腔。在这些方案中，两个光输出端口透过谱都具有随频率周期变化的特点，存在自由谱区。在需要对宽光谱光波中的特定波长光信号进行波长解复用的应用中，这些滤波方案不可避免的将会把一部分不需要的其他波长光波一同滤出，造成串扰。为了解决这个问题，目前硅光子集成芯片上往往是将不同自由谱区的上述波分复用器件级联起来，这使得集成芯片上的系统光路及其调控都变得复杂，不利于大规模集成。

[0033] 下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

[0034] 如图1至图4所示，本发明提供一种波分复用器，包括第一硅波导100和第二硅波导102，第二硅波导102与第一硅波导100的长度相同且宽度不同；第一硅波导100和第二硅波导102中的至少一个形成有波导耦合段104，波导耦合段104内形成有周期性褶皱结构106。

[0035] 根据本发明实施例提供的波分复用器，通过在宽度不同的第一硅波导100和第二硅波导102的波导侧壁引入周期性褶皱结构106形成了长周期光栅，使第一硅波导100和第二硅波导102在特定波长附近发生模式耦合，从而实现具有单一滤波通带的波分复用器。与常用的基于不等臂马赫增德尔干涉仪和两波导耦合微环谐振腔器件相比，该波分复用器只有单一滤波通带，应用于宽带光信号处理时无需器件级联。并且该波分复用器的周期性褶皱结构106周期较大，且可以和芯片上硅波导通过同一刻蚀过程制备，无需附加的制备工艺，因此该波分复用器结构简单，传输特性对结构参数不敏感，便于制备。

[0036] 请继续参见图1至图4，第一硅波导100和第二硅波导102相互平行间隔设置，且第一硅波导100和第二硅波导102的长度相同，但二者的宽度不同。可以理解的是，结合参见图1和图2，第一硅波导100和第二硅波导102的长度是指如图1所示的左右方向的长度，第一硅波导100和第二硅波导102的宽度是指如图1所示的上下方向的宽度。在本发明实施例中，第一硅波导100的宽度可以大于第二硅波导102的宽度，或者第二硅波导102的宽度大于第一硅波导100的宽度。

[0037] 在本发明实施例中，第一硅波导100和第二硅波导102中的至少一个形成有波导耦合段104，其中，在波导耦合段104内形成有周期性的褶皱结构106。

[0038] 可以理解的是，在本发明实施例中，波导耦合段104可以单独形成在第一硅波导100上，也可以单独形成在第二硅波导102上，或者同时形成在第一硅波导100和第二硅波导
102上。在波导耦合段104内形成有周期性的褶皱结构106，其中，褶皱结构106包括矩形、三角形、高斯型、正弦函数型中的至少一种。也即，褶皱结构106可以是矩形、三角形、高斯型或者正弦函数型中的一种或几种的组合，但需要说明的是，无论是何种形式的褶皱结构106，褶皱结构106均呈周期性排布，这里的周期长度记为Λ。即，若褶皱结构106为矩形，则呈周期性排布的矩形结构的总长度为Λ。

[0039] 根据本发明的一个实施例，沿第一硅波导100和/或第二硅波导102的长度方向，在至少部分第一硅波导100和/或第二硅波导102的分段上形成有波导耦合段104。

[0040] 可以理解的是，当波导耦合段104形成于第一硅波导100上时，可以在部分第一硅波导100上形成波导耦合段104，也可以在全部的第一硅波导100上形成波导耦合段104。当波导耦合段104形成于第二硅波导102上时，可以在部分第二硅波导102上形成波导耦合段104，也可以在全部的第二硅波导102上形成波导耦合段104。当波导耦合段104形成于第一硅波导100和第二硅波导102上时，可以在部分第一硅波导100和第二硅波导102上形成波导耦合段104，也可以在全部的第一硅波导100和第二硅波导102上形成波导耦合段104[0041] 如图1和图2所示，褶皱结构106形成于第一硅波导100和第二硅波导相对的侧面。

[0042] 结合上文所述，当褶皱结构106形成于第一硅波导100上时，褶皱结构106形成在第一硅波导100上朝向第二硅波导102的侧面；当褶皱结构106形成于第二硅波导102上时，褶皱结构106形成在第二硅波导102上朝向第一硅波导100的侧面；当褶皱结构106形成于第一硅波导100和第二硅波导102上时，褶皱结构106形成于第一硅波导100和第二硅波导102相对的侧面。

[0043] 如图2所示，当仅在第一硅波导100和第二硅波导102中的一个形成有波导耦合段104时，第一硅波导100和第二硅波导102中的另一个形成有与波导耦合段104对应的平直段
108。举例来说，可以仅在第二硅波导102上形成上述的波导耦合段104，相应的，在第一硅波导100上形成于波导耦合段104相对应的平直段108。

[0044] 举例来说，在这种情况下，第一硅波导100和第二硅波导102均为条形硅波导，长度均为220纳米，第一硅波导100的宽度为350纳米，第二硅波导102的宽度为600纳米。第一硅波导100和第二硅波导102的间隙为700纳米。在第二硅波导102朝向第一硅波导100的一侧侧壁引入矩形的周期性褶皱结构106，周期为2.824微米，矩形突出部的长度为1.412微米，宽度为100纳米。

[0045] 结合图3可知，第二硅波导102输出端112的传输谱呈现单一滤波通带特性，滤波中心波长为1550纳米，滤波带宽为5纳米。结合图4可知，第一硅波导100输出端112的传输谱呈现与第二硅波导102输出端112的传输谱互补的带阻滤波特性。

[0046] 如图1所示，当第一硅波导100和第二硅波导102均形成有波导耦合段104时，且第一硅波导100和第二硅波导102上的褶皱结构106一一对应地设置。可以理解的是，在这种情况下，第一硅波导100上的褶皱结构106以及第二硅波导102上的褶皱结构106互为对称地设置。

[0047] 在本发明实施例中，第一硅波导100和第二硅波导102为条形波导或脊型波导。

[0048] 根据本发明的一个实施例，第一硅波导100、第二硅波导102采用绝缘体上硅衬底一次刻蚀制成。

[0049] 参见图1和图2，根据本发明的一个实施例，第一硅波导100和第二硅波导102中的一个的第一端为光波的输入端110；第一硅波导100和第二硅波导102的第二端为光波的输出端112；第一硅波导100和第二硅波导102中的另一个的第二端具有单一滤波的通带。可以理解的是，光波可以从第一硅波导100的第一端射入，并从第一硅波导100和第二硅波导102的第二端射出，其中，在第二硅波导102的第二端具有单一滤波通带的传输谱特性。

[0050] 根据本发明的一个实施例，第一硅波导100和第二硅波导102的传播常数的传播常数差值Δβ满足：

[0051] Δβ＝2π/Λ；

[0052] 其中，Λ为褶皱结构106的周期长度。

[0053] 记第一硅波导100和第二硅波导102的宽度分别为w1和w2，由于硅波导的传播常数与波导的宽度有关，因此宽度不同的第一硅波导100和第二硅波导102的传播常数不同，分别记为β1和β2，二者之间存在一个传播常数差Δβ。根据耦合模理论，第一硅波导100和第二硅波导102只有在传播常数相等或非常接近时才会产生模式耦合。两个宽度不同的第一硅波导100和第二硅波导102的传播常数有较大差异，在没有褶皱结构106的情况下两硅波导之间兵没有模式耦合作用。

[0054] 在波导耦合段104内，在第一硅波导100和第二硅波导102相对一侧的侧壁引入了周期性的褶皱结构106。周期性的褶皱结构106起到长周期光栅的作用，可以补偿第一硅波导100和第二硅波导102的传播常数的差异。当满足Δβ＝2π/Λ时，褶皱结构106引入的波矢补偿作用可以使得第一硅波导100和第二硅波导102实现传播常数的匹配，从而发生模式耦合作用。对于宽度不同的第一硅波导100和第二硅波导102，Δβ＝2π/Λ的条件只能在特定波长λ0实现，λ0即是发生模式耦合的中心波长。第一硅波导100和第二硅波导102之间的间隙决定了第一硅波导100和第二硅波导102在波长λ0附近发生模式耦合的耦合强度。波导耦合段104需要根据耦合强度的大小设计从而实现波长λ0处的完全模式耦合，即波长为λ0光波完全从一个波导耦合到另一个波导。由此，该波分复用器结构实现了一个硅波导中波长为λ0光波完全耦合到另一个硅波导的。波长λ0附近存在不同程度的模式耦合，形成以λ0为中心波长的滤波通带。波长远离λ0的光波则没有模式耦合作用，光波从原波导的输出。由此，该波分复用器实现了具有单一通带的硅光子集成波分复用器。

[0055] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。