摘要

實(shí)現(xiàn)了一種基于非均勻非對(duì)稱定向耦合器的新型寬帶波長(zhǎng)平坦3dB光耦合器。在1300-1600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了3 dB± 0.3 dB的分束比。通過比較非對(duì)稱耦合器與長(zhǎng)絕熱耦合器的性能，該器件在小16倍的器件長(zhǎng)度下實(shí)現(xiàn)了類似的波長(zhǎng)響應(yīng)。兩個(gè)耦合器組成一個(gè)MZI，得到了100 nm波長(zhǎng)范圍（1500-1600nm）內(nèi)具有-10dB消光比的光開關(guān)。

設(shè)計(jì)

Hamed Nikbakht等人設(shè)計(jì)了一種由兩個(gè)錐形波導(dǎo)組成的非對(duì)稱非均勻定向耦合器3-dB耦合器，具有超寬帶操作范圍從1300到1600 nm，低制造靈敏度。整體器件尺寸為800μm，包括輸入/輸出s型彎曲波導(dǎo)，如圖1所示。

圖1 耦合器示意圖（a）兩臂無位移（b）兩臂有位移

該耦合器其中一臂在傳播方向上移動(dòng)了100μm，與標(biāo)準(zhǔn)（未移動(dòng)）耦合器相比，它產(chǎn)生了更大范圍內(nèi)的的波長(zhǎng)不敏感的3-dB響應(yīng)。圖2(b)的結(jié)果 表明，隨著錐度長(zhǎng)度的減小，波長(zhǎng)平整度降低 ，在L taper <為0.5 mm時(shí)，波長(zhǎng)依賴性顯著增加 。對(duì)于L taper > 0.5 mm，該耦合器仍然像一個(gè)半絕熱的波長(zhǎng)平坦度降低的耦合器一樣工作。為了有一個(gè)緊湊的器件， 選擇了Ltaper = 0.5 mm ， 它足夠短，不是完全絕熱，因此可能有一個(gè)小的修改會(huì)導(dǎo)致波長(zhǎng)不敏感的響應(yīng) 。

圖2 (a)長(zhǎng)絕熱耦合器（L taper = 8 mm）示意圖。(b) 不同Ltaper值的BPM仿真結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

絕熱耦合器的測(cè)量結(jié)果如圖3(a).所示，如預(yù)期的那樣，得到了一個(gè)波長(zhǎng)平坦的響應(yīng)；然而，taper 長(zhǎng)度仍然不夠，這可以從耦合器的振蕩中看出 。使用Lshift = 0和Lshift = 100μm的耦合器的傳輸響應(yīng)分別如圖3(b)和3(c) 所示 。與長(zhǎng)絕熱耦合器相比，該器件在小16倍的器件長(zhǎng)度下實(shí)現(xiàn)了類似的波長(zhǎng)響應(yīng)。

圖3 測(cè)量了(a)絕熱、(b)無位移和(c)移位耦合器的傳輸響應(yīng)。

寬帶光開關(guān)是光網(wǎng)絡(luò)和波分復(fù)用系統(tǒng)的重要組成部分 。通過級(jí)聯(lián)兩個(gè)非均勻的3個(gè)dB耦合器，在其中一個(gè)臂上有一個(gè)相移部分（長(zhǎng)度Lp和相位差??），如圖4(a).所示開關(guān)，形成了一個(gè)MZI型開關(guān)。當(dāng)??=0時(shí)，燈將停留在bar-port，這意味著開關(guān)處于“關(guān)閉”模式，而當(dāng)??=π時(shí)，燈將穿過cross-port，這意味著開關(guān)處于“打開”模式。利用 **熱光效應(yīng)來誘導(dǎo)MZI各臂之間的相位差** 。圖4(b)顯示了所制備的開關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 **當(dāng)電流值為16.8 mA，電壓值為3V時(shí)，開關(guān)從“關(guān)”狀態(tài)轉(zhuǎn)到“開”狀態(tài)** 。我們?cè)?10dB的消光比下獲得了100 nm帶寬，這與目前報(bào)道的MZI型開關(guān)相似。開關(guān)長(zhǎng)度為2.6 mm，包括耦合器長(zhǎng)度為0.8mm，調(diào)相區(qū)長(zhǎng)度Lp=1 mm。

圖4 (a)基于位移耦合器的MZI型開關(guān)原理圖。Lp是調(diào)相區(qū)的長(zhǎng)度。(b)該開關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)施加電壓為V = 3 V時(shí)，光開光從端口P1切換到端口P2。