波导型光耦合器

1.制作方法及特点

波导型光耦合器是指利用平面介质光波导工艺制作的一类光耦合器件。采用的制作介质光波导的方法是，在铌酸锂（LiNbO3）等衬底材料上，以薄膜沉积、光刻、扩散等工艺形成所需的波导结构。单模波导与单模光纤的耦合则有端面直接耦合和通过迅衰场的表面耦合等基本方法。它的特点主要是体积小，重量轻和易于集成；机械及环境稳定性好；耦合分光比易于精确控制，在母板定形后，可以进行大批量生产；易于制成小型化的宽带耦合器件。波导型光耦合器的不足：

（1）与传输光纤的耦合技术急需解决。

（2）技术尚不完善，尤其在商品化方面，还需不断努力。

（3）波导制作工艺需要投入价格昂贵的设备。

（4）由于制作波导母板的成本较高，非批量的生产往往得不偿失。

（5）对于较少路数（N≤8）的耦合器，熔融拉锥型具有更低的损耗。

2.波导型耦合器的结构

（1）单模波导型

单模波导型分路器是对单模光信号进行功率分配的器件，可分为分支波导、方向耦合器和间隙渐变的方向耦合器等种类。它们可以由离子交换玻璃波导、Ti扩散铌酸锂波导或聚合物波导构成。基本的单模分支波导如图9.2.10所示。

分支波导制作的技术关键在于抑制分支点产生二阶横模及确定量佳的分支角。对于非均分的分路器，应当采用非对称分支，分光比通过调整分支角来控制。树形分路器可以采用对称多分支结构，但更多的是采用两分支波导串接的方法。后者在工艺方面更容易控制，而且原则上没有路数的限制。

图9.2.10　基本的单模分支波导

方向耦合器是功率分路器的另一种重要的结构，制作星形耦合器的基础器件。方向耦合器对波长较为敏感，器件的带宽一般仅为10nm左右。方向耦合器的基本形状如图9.2.11所示。

图9.2.11　方向耦合器的基本形状

耦合器的设计参数是最小波导间隔g和张角。间隙渐变的方向耦合器的基本形状如图9.2.12所示。

图9.2.12　间隙渐变的方向耦合器的基本形状

（2）多模波导型

在多模波导中，往往激励出多种不同的模式，在相同的波导结构下，这些模式在输出端口通常有不同的分配特性。为获得均匀的输出信号，必须在波导结构中实现模式混合。通过设计合适的耦合区长度，使各种模式因衍射而展宽，在侧壁上往返反射，直至横向的光强分布达到相同，从而实现光功率在各输出端口的均匀分配。