非对称非均匀的3dB定向耦合器

摘要

实现了一种基于非均匀非对称定向耦合器的新型宽带波长平坦3dB光耦合器。在1300-1600nm波长范围内，实现了3 dB± 0.3 dB的分束比。通过比较非对称耦合器与长绝热耦合器的性能，该器件在小16倍的器件长度下实现了类似的波长响应。两个耦合器组成一个MZI，得到了100 nm波长范围（1500-1600nm）内具有-10dB消光比的光开关。

设计

Hamed Nikbakht等人设计了一种由两个锥形波导组成的非对称非均匀定向耦合器3-dB耦合器，具有超宽带操作范围从1300到1600 nm，低制造灵敏度。整体器件尺寸为800µm，包括输入/输出s型弯曲波导，如图1所示。

图1 耦合器示意图（a）两臂无位移（b）两臂有位移

该耦合器其中一臂在传播方向上移动了100µm，与标准（未移动）耦合器相比，它产生了更大范围内的的波长不敏感的3-dB响应。图2(b)的结果 表明，随着锥度长度的减小，波长平整度降低 ，在L taper <为0.5 mm时，波长依赖性显著增加 。对于L taper > 0.5 mm，该耦合器仍然像一个半绝热的波长平坦度降低的耦合器一样工作。为了有一个紧凑的器件， 选择了Ltaper = 0.5 mm ， 它足够短，不是完全绝热，因此可能有一个小的修改会导致波长不敏感的响应 。

图2 (a)长绝热耦合器（L taper = 8 mm）示意图。(b) 不同Ltaper值的BPM仿真结果。

实验结果

绝热耦合器的测量结果如图3(a).所示，如预期的那样，得到了一个波长平坦的响应；然而，taper 长度仍然不够，这可以从耦合器的振荡中看出 。使用Lshift = 0和Lshift = 100µm的耦合器的传输响应分别如图3(b)和3(c) 所示 。与长绝热耦合器相比，该器件在小16倍的器件长度下实现了类似的波长响应。

图3 测量了(a)绝热、(b)无位移和(c)移位耦合器的传输响应。

宽带光开关是光网络和波分复用系统的重要组成部分 。通过级联两个非均匀的3个dB耦合器，在其中一个臂上有一个相移部分（长度Lp和相位差∆ϕ），如图4(a).所示开关，形成了一个MZI型开关。当∆ϕ=0时，灯将停留在bar-port，这意味着开关处于“关闭”模式，而当∆ϕ=π时，灯将穿过cross-port，这意味着开关处于“打开”模式。利用 **热光效应来诱导MZI各臂之间的相位差** 。图4(b)显示了所制备的开关的实验结果。 **当电流值为16.8 mA，电压值为3V时，开关从“关”状态转到“开”状态** 。我们在-10dB的消光比下获得了100 nm带宽，这与目前报道的MZI型开关相似。开关长度为2.6 mm，包括耦合器长度为0.8mm，调相区长度Lp=1 mm。

图4 (a)基于位移耦合器的MZI型开关原理图。Lp是调相区的长度。(b)该开关的实验结果。当施加电压为V = 3 V时，光开光从端口P1切换到端口P2。