一种硅基非易失片上模式选择器

本发明涉及光通信，特别是涉及一种硅基非易失片上模式选择器。

背景技术：

1、随着信息技术的快速发展，光通信技术因其高速传输、大容量和低功耗优势，正逐渐成为替代传统电信的主流技术。特别是在数据中心和高性能计算领域，光通信技术展现出极大的潜力。硅基集成光子技术作为一种重要的光子技术平台，因其与cmos工艺的兼容性以及低成本的批量生产能力，已在短距离高速数据传输中得到广泛应用。

2、相变材料作为一种重要的功能材料，具有晶态与非晶态之间可逆切换的特性，使其在数据存储和光调制领域显示出独特的优势。这类材料不仅可以通过电或光脉冲迅速切换相态，而且在转换后无需额外能量即可保持稳定状态。因此，相变材料的这些特性使其在实现低能耗和高效率的光电集成器件中显示出巨大的应用潜力。

3、随着多模波导复用技术的发展，实现有效的模式管理成为光通信系统中的关键技术之一。多模波导能够同时传输多个光模式，这不仅增加了系统的传输容量，还提高了信号的处理灵活性。然而，多模传输系统中的模式间串扰问题也相应增加，这需要精确的模式选择与控制技术来确保信号的完整性和系统的稳定性。在这种背景下，模式选择器的作用显得尤为重要。模式选择器能够选择或过滤出特定的模式，对进入波导的复合模式信号进行解复用，从而有效减少模式间的干扰。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种硅基非易失片上模式选择器，能够实现高效的模式选择。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种硅基非易失片上模式选择器，包括：

3、解复用器，所述解复用器包括输入端、第一输出端和第二输出端，其中，所述输入端作为所述硅基非易失片上模式选择器的输入端；

4、复用器，所述复用器包括第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述输出端作为所述硅基非易失片上模式选择器的输出端；

5、第一模式选择通过型耦合器和第二模式选择通过型耦合器；所述第一模式选择通过型耦合器的第一输入端与所述解复用器的第一输出端相连，所述第一模式选择通过型耦合器的第一输出端与所述复用器的第一输入端相连；所述第二模式选择通过型耦合器的第一输入端与所述解复用器的第二输出端相连，所述第二模式选择通过型耦合器的第一输出端与所述复用器的第二输入端相连；

6、所述第一模式选择通过型耦合器和第二模式选择通过型耦合器均采用控制相变材料在晶态和非晶态之间的转换来实现对输入光信号的选择性通过的控制。

7、所述第一模式选择通过型耦合器包括：

8、第一衬底；

9、第一硅平板波导，位于所述第一衬底的上表面；

10、第一传输波导，位于所述第一硅平板波导上；所述第一传输波导的输入端作为所述第一模式选择通过型耦合器的第一输入端，所述第一传输波导的输出端作为所述第一模式选择通过型耦合器的第一输出端；

11、第一混合波导，位于所述第一硅平板波导上，且与所述第一传输波导平行设置；所述第一混合波导包括第一硅波导和第一相变材料层，所述第一相变材料层设置在所述第一硅波导的上表面；所述第一硅波导的输入端作为所述第一模式选择通过型耦合器的第二输入端，所述第一硅波导的输出端作为所述第一模式选择通过型耦合器的第二输出端；

12、第一控制部件，用于控制所述第一相变材料层在晶态和非晶态之间进行转换；当所述第一相变材料层处于非晶态状态时，所述第一传输波导与所述第一混合波导满足相位匹配条件；当所述第一相变材料处于晶态状态时，所述第一传输波导与所述第一混合波导发生相位失配。

13、所述第一相变材料层的宽度小于所述第一硅波导的宽度。

14、所述第一相变材料层采用金属氧化物、硫属化合物或者有机相变材料制成。

15、所述第一硅波导和第一传输波导均为直波导或弯曲波导。

16、所述第二模式选择通过型耦合器包括：

17、第二衬底；

18、第二硅平板波导，位于所述第二衬底的上表面；

19、第二传输波导，位于所述第二硅平板波导上；所述第二传输波导的输入端作为所述第二模式选择通过型耦合器的第一输入端，所述第二传输波导的输出端作为所述第二模式选择通过型耦合器的第一输出端；

20、第二混合波导，位于所述第二硅平板波导上，且与所述第二传输波导平行设置；所述第二混合波导包括第二硅波导和第二相变材料层，所述第二相变材料层设置在所述第二硅波导的上表面；所述第二硅波导的输入端作为所述第二模式选择通过型耦合器的第二输入端，所述第二硅波导的输出端作为所述第二模式选择通过型耦合器的第二输出端；

21、第二控制部件，用于控制所述第二相变材料层在晶态和非晶态之间进行转换；当所述第二相变材料层处于非晶态状态时，所述第二传输波导与所述第二混合波导满足相位匹配条件；当所述第二相变材料处于晶态状态时，所述第二传输波导与所述第二混合波导发生相位失配。

22、所述第二相变材料层的宽度小于所述第二硅波导的宽度。

23、所述第二相变材料层采用金属氧化物、硫属化合物或者有机相变材料制成。

24、所述第二硅波导和第二传输波导均为直波导或弯曲波导。

25、所述解复用器与所述第一模式选择通过型耦合器之间、所述解复用器与所述第二模式选择通过型耦合器之间、所述第一模式选择通过型耦合器与所述复用器之间、所述第二模式选择通过型耦合器与所述复用器之间均通过连接波导进行连接。

26、有益效果

27、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明利用相变材料独特的光学性质来动态控制光波的传播路径和模式状态，从而实现高效的模式选择，本发明的模式选择器不仅能够提升多模波导系统的性能，还能通过电控制实现快速、可逆的模式转换，极大地增强了系统的调制灵活性和能源效率。

技术特征：

1.一种硅基非易失片上模式选择器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的硅基非易失片上模式选择器，其特征在于，所述第一模式选择通过型耦合器包括：

3.根据权利要求2所述的硅基非易失片上模式选择器，其特征在于，所述第一相变材料层的宽度小于所述第一硅波导的宽度。

4.根据权利要求2所述的硅基非易失片上模式选择器，其特征在于，所述第一相变材料层采用金属氧化物、硫属化合物或者有机相变材料制成。

5.根据权利要求2所述的硅基非易失片上模式选择器，其特征在于，所述第一硅波导和第一传输波导均为直波导或弯曲波导。

6.根据权利要求1所述的硅基非易失片上模式选择器，其特征在于，所述第二模式选择通过型耦合器包括：

7.根据权利要求6所述的硅基非易失片上模式选择器，其特征在于，所述第二相变材料层的宽度小于所述第二硅波导的宽度。

8.根据权利要求6所述的硅基非易失片上模式选择器，其特征在于，所述第二相变材料层采用金属氧化物、硫属化合物或者有机相变材料制成。

9.根据权利要求6所述的硅基非易失片上模式选择器，其特征在于，所述第二硅波导和第二传输波导均为直波导或弯曲波导。

10.根据权利要求1所述的硅基非易失片上模式选择器，其特征在于，所述解复用器与所述第一模式选择通过型耦合器之间、所述解复用器与所述第二模式选择通过型耦合器之间、所述第一模式选择通过型耦合器与所述复用器之间、所述第二模式选择通过型耦合器与所述复用器之间均通过连接波导进行连接。

技术总结本发明涉及一种硅基非易失片上模式选择器，包括：解复用器、复用器、第一模式选择通过型耦合器和第二模式选择通过型耦合器；第一模式选择通过型耦合器的第一输入端与解复用器的第一输出端相连，第一模式选择通过型耦合器的第一输出端与复用器的第一输入端相连；第二模式选择通过型耦合器的第一输入端与解复用器的第二输出端相连，第二模式选择通过型耦合器的第一输出端与复用器的第二输入端相连；第一模式选择通过型耦合器和第二模式选择通过型耦合器均采用控制相变材料在晶态和非晶态之间的转换来实现对输入光信号的选择性通过的控制。本发明能够实现高效的模式选择。技术研发人员：徐培鹏,甘甫烷,盛振,赵瑛璇受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/1