ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ДВУХЧАСТОТНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК G02B6/122 

Изобретение относится к интегральной оптике, а именно к делителям оптического излучения, и может использоваться в интегральных оптических элементах с различными функциональными назначениями.

Оптическое излучение может передаваться по оптическим волокнам или распространяться через волноводные структуры, реализованные в виде фотонных волноводов в интегральных схемах. Эти волноводы обеспечивают передачу оптического излучения между различными элементами интегральной схемы, и делители оптического излучения играют важную роль в таких схемах. Это приводит к тому, что ведутся активные исследования по разработке различных типов делителей оптического излучения. В некоторых приложениях, например, для повышения стабильности передачи данных, сигнал передается не на одной частоте (одной полосе частот), а на двух частотах (двух полосах частот), и по этой причине актуальна разработка двухчастотных делителей оптического излучения.

Из существующего уровня техники известен Y-образный делитель, состоящий из входного волновода, разделительной части для разделения света (объединения входного волновода с двумя выходными), поступающего из входного волновода, на две части и пары выходных волноводов для направления разделенных частей входного света (см. патент US 6707968B2, класс G02B 6/26, опубликованный 16 марта 2004 г.). Этот делитель может осуществлять деление входного света с различными коэффициентами, включая равномерное и неравномерное деление. В дополнение к делению, такое устройство может выступать в качестве сумматора при определенных условиях. Недостатком Y-образного делителя является то, что такой делитель не может быть идеально согласован на всех портах, а также способен разделять входной сигнал только в одной полосе частот.

Известен патент US10451804B2 «Integrated polarization splitter and rotator including a third region for tuning the polarization dependent loss of output transverse electric signals / Интегрированный поляризационный разветвитель и вращатель, включающий третью область для настройки зависящих от поляризации потерь выходных поперечных электрических сигналов» (опубликован 22.10.2019). Предлагаемый делитель состоит из входного волновода, разделительной части для разделения входного света, на две части между выходными волноводами. Недостатком делителя является то, что он не может быть идеально согласован на всех портах.

Известен патент JP4962279B2 «Semiconductor device, semiconductor optical integrated device, and optical transmission device / Полупроводниковое устройство, полупроводниковое оптическое интегрированное устройство и оптическое передающее устройство» (опубликован 27.06.2012). Входной волновод и выходной волновод устройства соединены с многомодовым интерференционным волноводом и за счет разных показателей преломления входной оптический сигнал делится между несколькими выходами. Главным недостатком данного решения является точность изготовления устройства (технологичность).

Известна статья [X. Dai, G. Zhao, Q. Lu and W. Guo, "Оптический гибрид под углом 90° с меньшими потерями и более высоким балансом, основанный на коническом соединителе 2×4 MMI и соединителе 2×2 MMI," 2017 Asia Communications and Photonics Conference (ACP), Guangzhou, China, 2017, pp. 1-3] в которой описана конструкция оптического делителя с двумя входами и четырьмя выходами, в котором разделение входного света происходит за счет многомодовых интерференционных волноводом. Главным недостатком данного решения является точность изготовления устройства (технологичность).

Известны статьи [H. Yamada; Tao Chu; S. Ishida; Y. Arakawa. 2004, " Оптический направленный ответвитель на основе кремниевых волноводов", First IEEE International Conference on Group IV Photonics, 2004. DOI: 10.1109/GROUP4.2004.1416708 и D. Zheng, Y. Ma, W. Pan and X. Zou, " Нечувствительный к поляризации широкополосный оптический делитель мощности 3 дБ на основе кремниевого изогнутого направленного ответвителя с ребристым волноводом," 2019 Asia Communications and Photonics Conference (ACP), Chengdu, China, 2019, pp. 1-3] в которых описан направленный ответвитель, выполняющий разделение света между выходами благодаря близко расположенным волноводам. Недостатком делителя является узкая полоса частот, в которой входной сигнал делится между его выходами.

Техническим результатом изобретения является расширение арсенала делителей оптического излучения в интегральной оптике, а также расширение функциональных возможностей интегральных делителей, заключающееся в возможности работы одновременно с двумя источниками оптического излучения.

Указанный технический результат достигается тем, что интегральный двухчастотный делитель оптического излучения, содержит четыре Y-образных делителя, два направленных ответвителя и два модифицированных делителя, которые представляют собой комбинированные Y-образные делители (объединенные два Y-образных делителя и выступает в роли делителя и сумматора оптического излучения), где первый вход интегрального двухчастотного делителя оптического излучения соединен с первым входом первого Y-образного делителя, второй вход первого Y-образного делителя соединен с первым входов четвертого направленного ответвителя, третий вход первого Y-образного делителя соединен со вторым входов пятого направленного ответвителя, третий вход четвертого направленного ответвителя соединен с первым входом восьмого Y-образного делителя, третий вход восьмого Y-образного делителя соединен с четвертым входом интегрального двухчастотного делителя оптического излучения, второй вход восьмого Y-образного делителя соединен с четвертым входом пятого направленного ответвителя, первый вход пятого направленного ответвителя соединен с четвертым входом второго модифицированного делителя, третий вход пятого направленного ответвителя соединен со вторым входом седьмого модифицированного делителя, первый вход седьмого модифицированного делителя соединен с четвертым входом четвёртого направленного ответвителя, второй вход четвертого направленного ответвителя соединен с третьим входом второго модифицированного делителя, первый вход второго модифицированного делителя соединен со вторым входом третьего Y-образного делителя, первый вход третьего Y-образного делителя соединен со вторым входом интегрального двухчастотного делителя оптического излучения, третий вход третьего Y-образного делителя соединен с третьим входом седьмого модифицированного делителя, четвертый входом седьмого модифицированного делителя соединен с третьим входом шестого Y-образного делителя, первый вход шестого Y-образного делителя соединен со вторым входом второго модифицированного делителя, второй вход шестого Y-образного делителя соединен с третьим входом интегрального двухчастотного делителя оптического излучения.

Указанный технический результат достигается за счет использования четырех Y-образных делителей оптического излучения, двух направленных ответвителей и двух модифицированных Y-образных делителей, которые представляют собой два объединенных Y-образных делителя. Интегрированный двухчастотный делитель оптического излучения имеет два отдельных входа для одного и второго источника излучения, которые после разделения оптического излучения передают его на вход направленного ответвителя, который имеет два входа, способных работать независимо и передавать оптическое излучение, распространяющееся на двух разных частотах на два его выхода. Оптическое излучение с выходов ответвителей суммируется на Y-образных делителях и затем делится на Y-образных делителях, а затем поступает на Y-образные делители, расположенные на выходах интегрального двухчастотного делителя оптического излучения, на котором оптическое излучение суммируется и поступает на выход устройства.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где:

на фиг. 1 – схема интегрального двухчастотного делителя оптического излучения, которая имеет четыре Y-образных делителя, два направленных ответвителя и два модифицированных делителя, которые представляют собой комбинированные Y-образные делители (объединенные два Y-образных делителя и выступает в роли делителя и сумматора оптического излучения), где:

1, 3, 6, 8- Y-образные делители;

4, 5- направленные ответвители;

2, 7- модифицированные делители;

1А,2А, 3А, 4А- входы/выходы устройства.

Принцип работы интегрального двухчастотного делителя оптического излучения заключается в том, что оптическое излучение, поступающее на один из входов устройства 1А или 4А, затем поступает на Y-образный делитель, который делит сигнал на два, а затем половина оптического излучения поступает на один направленный ответвитель, а вторая половина оптического излучения поступает во второй направленный ответвитель. Оптическое излучение с двух выходов, направленных ответвителей поступает в модифицированный Y-образный делитель, где оптическое излучение суммируется, а затем сразу делится на два оптических излучения. Эти два оптических излучения от модифицированного Y-образного делителя поступают на Y-образные делители, где они суммируются и поступают на выход устройства 2А и 3А. Этот принцип работы идентичен при подаче оптического излучения на один или второй вход устройства, а при одновременной подаче оптического излучения, распространяющегося на разных частотах, на оба входа, позволяет получать одновременно оптическое излучение на этих частотах на выходах устройства.

Частный случай работы интегрального двухчастотного делителя оптического излучения на фиг.1, когда оптическое излучение, распространяющееся с частотой f1, поступает на первый вход делителя 1А, а оптическое излучение, распространяющееся с частотой f2, поступает на второй вход делителя 4А, эти оптические излучения делятся на две части на Y-образных делителях 1 и 8. Затем две половины оптического излучения, распространяющиеся на частоте f1, поступают на входы направленных ответвителей 4 и 5, где каждая половина оптического излучения делится на еще две половины, и эти половины от двух разных направленных ответвителей поступают на входы модифицированных Y-образных делителей 2 и 7, на которых оптическое излучение суммируется, а затем сразу делится на две половины, которые поступают на входы Y-образных делителей 3 и 6, где оптическое излучение суммируется и поступает на выходы устройства 2А и 3А. Аналогичное распространение оптического излучения будет наблюдаться для оптического излучения, распространяющегося с частотой f2, подаваемой на вход устройства 4A. В результате на выходах устройства 2А и 3А присутствует оптическое излучение на двух частотах f1 и f2.

Анализ патентной и научно-технической литературы не выявил технических решений с подобной совокупностью существенных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» заявляемого изобретения.

Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение относится к интегральной оптике, а именно к делителям оптического излучения. Интегральный двухчастотный делитель оптического излучения содержит четыре Y-образных делителя, два направленных ответвителя и два модифицированных делителя, которые представляют собой комбинированные Y-образные делители, где первый вход интегрального двухчастотного делителя оптического излучения соединен с первым входом первого Y-образного делителя, второй вход первого Y-образного делителя соединен с первым входов четвертого направленного ответвителя, третий вход первого Y-образного делителя соединен со вторым входов пятого направленного ответвителя, третий вход четвертого направленного ответвителя соединен с первым входом восьмого Y-образного делителя, третий вход восьмого Y-образного делителя соединен с четвертым входом интегрального двухчастотного делителя оптического излучения, второй вход восьмого Y-образного делителя соединен с четвертым входом пятого направленного ответвителя, первый вход пятого направленного ответвителя соединен с четвертым входом второго модифицированного делителя, третий вход пятого направленного ответвителя соединен со вторым входом седьмого модифицированного делителя, первый вход седьмого модифицированного делителя соединен с четвертым входом четвёртого направленного ответвителя, второй вход четвертого направленного ответвителя соединен с третьим входом второго модифицированного делителя, первый вход второго модифицированного делителя соединен со вторым входом третьего Y-образного делителя, первый вход третьего Y-образного делителя соединен со вторым входом интегрального двухчастотного делителя оптического излучения, третий вход третьего Y-образного делителя соединен с третьим входом седьмого модифицированного делителя, четвертый входом седьмого модифицированного делителя соединен с третьим входом шестого Y-образного делителя, первый вход шестого Y-образного делителя соединен со вторым входом второго модифицированного делителя, второй вход шестого Y-образного делителя соединен с третьим входом интегрального двухчастотного делителя оптического излучения. Технический результат - расширение арсенала делителей оптического излучения, а также расширение функциональных возможностей интегральных делителей, заключающееся в возможности работы одновременно с двумя источниками оптического излучения. 1 ил.

Интегральный двухчастотный делитель оптического излучения, характеризующийся тем, что содержит четыре Y-образных делителя, два направленных ответвителя и два модифицированных делителя, которые представляют собой комбинированные Y-образные делители, где первый вход интегрального двухчастотного делителя оптического излучения соединен с первым входом первого Y-образного делителя, второй вход первого Y-образного делителя соединен с первым входов четвертого направленного ответвителя, третий вход первого Y-образного делителя соединен со вторым входов пятого направленного ответвителя, третий вход четвертого направленного ответвителя соединен с первым входом восьмого Y-образного делителя, третий вход восьмого Y-образного делителя соединен с четвертым входом интегрального двухчастотного делителя оптического излучения, второй вход восьмого Y-образного делителя соединен с четвертым входом пятого направленного ответвителя, первый вход пятого направленного ответвителя соединен с четвертым входом второго модифицированного делителя, третий вход пятого направленного ответвителя соединен со вторым входом седьмого модифицированного делителя, первый вход седьмого модифицированного делителя соединен с четвертым входом четвёртого направленного ответвителя, второй вход четвертого направленного ответвителя соединен с третьим входом второго модифицированного делителя, первый вход второго модифицированного делителя соединен со вторым входом третьего Y-образного делителя, первый вход третьего Y-образного делителя соединен со вторым входом интегрального двухчастотного делителя оптического излучения, третий вход третьего Y-образного делителя соединен с третьим входом седьмого модифицированного делителя, четвертый входом седьмого модифицированного делителя соединен с третьим входом шестого Y-образного делителя, первый вход шестого Y-образного делителя соединен со вторым входом второго модифицированного делителя, второй вход шестого Y-образного делителя соединен с третьим входом интегрального двухчастотного делителя оптического излучения.