一种三模式功率分束器

本技术属于微纳光电子元器件，具体涉及一种三模式功率分束器。

背景技术：

1、模分复用技术可以通过多模式波导中的正交本征模式传输多通道的数据，是增加通信容量的有效手段。可以产生多种模式的功率分束器是模分复用系统必不可少的组成成分，它可以为其他器件或者电路提供不同的模式。近来，逆向设计方法引起了研究者的兴趣，许多基于逆向设计的器件突破了传统思维的局限，实现了相比于传统器件更紧凑的尺寸和更加优异的性能。鉴于此,采用逆向设计算法的设计一种多模式功率分束器，来输出不同模式，对于模分复用系统具有重要意义。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是提供一种三模式功率分束器，实现te1、te0和te2三种模式，且具有1:1:1的分束比，且具有低的插入损耗和串扰。

2、本实用新型提供一种三模式功率分束器，包括衬底，所述衬底上设有顶层硅，顶层硅包括优化区，所述优化区的一端设置输入波导，另一端设置第一输出波导、第二输出波导和第三输出波导，所述优化区被划分为m×n个单元，在1540nm~1560nm工作带宽内范围内，所述第一输出波导、第二输出波导和第三输出波导分别输出te1、te0和te2模式，且输出的功率比为1:1:1。

3、优选的，所述单元的大小同等。

4、优选的，所述单元为正方形。

5、优选的，所述输入波导和第二输出波导的中线与优化区的中线重合，第一输出波导和第三输出波导分别位于优化区的边缘。

6、优选的，所述衬底的厚度为3μm，所述顶层硅的厚度为220nm，上包层为空气。

7、优选的，所述输入波导的宽度w1、第二输出波导宽度w5均为500nm，所述第一输出波导宽度w4为900nm，第三输出波导宽度w6为1300nm。

8、优选的，第一输出波导和第二输出波导之间的间距w7为1310nm，第二输出波导和第三输出波导之间的间距w8为910nm，所述优化区的尺寸为4920nm×4920nm，优化区中单元的数量为40×40个。

9、优选的，所述单元的边长为120nm。

10、优选的，所述单元有两个状态，分别为刻蚀状态和非刻蚀状态，刻蚀状态为单元的材料改变为空气圆柱，非刻蚀状态为单元的材料保持不变，空气圆柱的直径为90nm，深度为220nm。

11、优选的，所述优化区的结构为：

12、第01行单元状态为：0,0,0,0,1,1,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;

13、第02行单元状态为：0,1,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0;

14、第03行单元状态为：0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,1,0,1;

15、第04行单元状态为：1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1;

16、第05行单元状态为：1,0,1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1;

17、第06行单元状态为：1,1,1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1;

18、第07行单元状态为：1,1,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1;

19、第08行单元状态为：1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1;

20、第09行单元状态为：1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,1,0,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1;

21、第10行单元状态为：1,1,1,0,0,1,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,1;

22、第11行单元状态为：1,0,1,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0,0,1;

23、第12行单元状态为：1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,1,1,1,0,1,1,1,0,1,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,1,0;

24、第13行单元状态为：0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0;

25、第14行单元状态为：0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0;

26、第15行单元状态为：0,0,0,1,0,1,1,1,0,0,0,1,1,1,1,1,1,0,1,0,0,0,0,0,1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0;

27、第16行单元状态为：0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;

28、第17行单元状态为：1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1;

29、第18行单元状态为：0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1;

30、第19行单元状态为：1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1;

31、第20行单元状态为：1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,0,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1;

32、第21行单元状态为：1,1,1,1,1,1,0,0,0,1,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1;

33、第22行单元状态为：0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,1,0,1,0,1,0,1;

34、第23行单元状态为：1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1;

35、第24行单元状态为：0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0;

36、第25行单元状态为：1,1,0,0,1,0,0,1,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,1,0,1,1,0,0,1,1,1;

37、第26行单元状态为：0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1;

38、第27行单元状态为：1,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,0,1,1,1,1,1,1,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,0,1;

39、第28行单元状态为：0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1;

40、第29行单元状态为：1,0,0,1,1,0,0,1,1,1,1,1,0,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1;

41、第30行单元状态为：1,1,0,0,0,1,1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1;

42、第31行单元状态为：0,1,0,1,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1;

43、第32行单元状态为：1,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,1,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,0,1,1,1;

44、第33行单元状态为：1,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0;

45、第34行单元状态为：1,1,1,0,0,1,0,0,1,1,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1;

46、第35行单元状态为：0,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1;

47、第36行单元状态为：0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,1;

48、第37行单元状态为：1,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,1,1,1,1;

49、第38行单元状态为：1,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,0;

50、第39行单元状态为：1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,0;

51、第40行单元状态为：0,0,0,0,1,0,0,0,1,1,0,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1；

52、所述0代表刻蚀状态，1代表非刻蚀状态。

53、本实用新型的有益效果是，本实用新型将输入波导的te0模式分别转化为te1、te0和te2模式从第一输出波导，第二输出波导和第三输出波导输出，且输出的功率比约为1：1：1。本实用新型的插入损耗小于0.8db，串扰小于-17.2db，且第一输出波导，第二输出波导和第三输出波导中的te1、te0和te2模式曲线基本重合，具有约1:1:1的分束比。