本发明涉及光波导和光开关，特别涉及一种基于铌酸锂的光栅辅助反向耦合器结构，可应用于光通信、光互连等。
背景技术：
1、随着互联设备和信息流量的爆炸性增长，信息处理技术逐渐到达瓶颈。为实现更快的信息处理速度和更高的信息传输容量，与互补金属半导体(cmos)工艺兼容的硅基集成光子结构开始得到广泛的研究与应用。为了构建低功耗可持续的数据中心，研究者基于光互联具有低串扰、低延时、大容量等优点，提出了采用光互联取代电互联，光交换代替电交换的方案。光纤网络中使用的波长选择开关通常基于自由光学器件，不适合片上集成。近几十年来，人们提出并实现多种波分复用(wavelength division multiplexing，wdm)器件，包括基于环形谐振滤波器、阵列波导光栅、mach-zehnder干涉仪等wdm器件。其中，基于环形谐振器、阵列波导光栅的多路波分复用器难以实现平顶响应；基于mach-zehnder干涉仪的级联多通道复用器能够实现较好的性能，但需要占用较大的空间。光栅辅助反向耦合器是光子集成电路中重要的光学元件，它可以作为光开关、多路(解)复用器、滤波器和分路器等的基本组成部分。因为光开关是硅基光电集成芯片的核心单元，也是光交换网络中的核心器件，直接影响着芯片性能及可靠性，针对新一代信息技术下光开关及光开关网络的多向、低功耗、易集成等新挑战，对基于铌酸锂的光栅辅助反向耦合器结构的研究是不可避免的。
2、光开关是当前面向高速大容量信息交互的重要组成部分，也是片上互联的重要器件。制作波导光开关的材料有ⅰⅰⅰ-ⅴ族半导体、硅基二氧化硅波导、铌酸锂、有机聚合物等多种类型。铌酸锂(ln：lithiumniobate)材料具备优良的光学特性，具有明显的线性电光效应，并且其物理化学特性稳定，是目前综合性能较好、应用最为广泛的晶体材料之一。利用其优良的电光系数在电光协同控制作用下可实现开关状态的高速稳定切换，到目前为止，铌酸锂材料的微加工制作工艺较成熟。铌酸锂晶体的诸多优良特性，使得基于铌酸锂晶体的波导器件得到了越来越多的关注，这其中就包括波导光栅。在集成光器件系统中，波导光栅具有至关重要的作用，是许多滤波器、传感器的基本构成部件，在光通信系统、光学传感和激光等领域有着广泛的应用前景。
技术实现思路
1、针对新一代信息技术下，如何设计适合大规模集成的反向耦合器和实现光开关及光开关网络的多向、低功耗、高可靠等特点，是对基于铌酸锂的光栅辅助反向耦合器结构的研究的重要问题。为解决上述问题，本发明提供一种基于铌酸锂的光栅辅助反向耦合器结构，利用定向耦合器和波导侧壁刻蚀光栅对光信号进行调控，实现光信号te模式产生反向耦合从下载端口输出，tm模式从指定的直通端口输出，能够将te、tm两种偏振模式分开，达到偏振分束目的。而且本发明基于波导光栅，没有fsr的限制，调谐范围大。
2、本发明通过以下技术方案实现：
3、一种基于铌酸锂的光栅辅助反向耦合器结构，所述的光栅辅助反向耦合器基于双侧壁刻蚀布拉格光栅实现，包括二氧化硅包层和基于铌酸锂材料制备的波导层构成的光回路，所述光回路包括非对称定向耦合器与两个波导间侧壁刻蚀光栅耦合器；所述的非对称定向耦合器上波导宽度为wa+δwa，下波导宽度为wb+δwb，上下波导间的间距设置为g，中间段两个波导的内侧壁刻蚀光栅，形成光栅微扰结构；所述的光栅微扰结构中光栅刻蚀深度为δwa和δwb，占空比为d，周期为λ，根据相位匹配条件确定，公式为
4、
5、组成该光栅反向耦合器应设有硅衬底或二氧化硅衬底，并在由铌酸锂薄膜材料制成的光波导层上设置有二氧化硅保护层，所述保护层材料的折射率小于铌酸锂薄膜材料的折射率。
6、在上述技术方案中，光栅反向耦合器结构为布拉格光栅结构，所述布拉格光栅包括上、下两个波导段，在上下波导段的侧壁进行周期性的矩形刻蚀让波导的有效折射率呈现周期性的变化。
7、在上述技术方案中，反向耦合器结构包括波导段a和波导段b，在波导段a和波导段b的相对侧设置前半周期和后半周期均往外侧延伸一半，形成光栅调制的微扰结构，并非在直波导的基础上直接向外侧延伸或者是直接向内侧缩减。
8、在上述技术方案中，反向耦合器结构包括波导段c和波导段d相对侧设置前半周期往外侧延伸一半，后半周期往内侧缩减一半，形成光栅调制的微扰结构。
9、本发明具有的有益效果为：
10、本发明的基于布拉格光栅的反向耦合器可以改变波导中原光场的传播方向。利用定向耦合器和波导侧壁刻蚀光栅对光信号进行调控，实现光信号te模式产生反向耦合从下载端口输出，tm模式从指定的直通端口输出，能够将te、tm两种偏振模式分开，达到偏振分束目的。通过选择合适的波导间隙和光栅宽度，可以很容易地满足不受自由光谱范围限制的条件，使得反向耦合器可以容纳通道数更多，提高通信效率。与传统反向耦合器相比，本发明基于波导光栅，没有fsr的限制，调谐范围大，更利于片上集成。
11、本发明有利于构建可重构的光交换网络，后期可以利用铌酸锂材料优良的电光系数在电光协同控制作用下可实现开关状态的高速稳定切换，为制作大规模光开关阵列、光互连网络提供了灵活性。
1.本发明提出一种基于铌酸锂的光栅辅助反向耦合器结构，其特征在于：所述的光栅辅助反向耦合器基于双侧壁刻蚀布拉格光栅实现，包括二氧化硅包层和基于铌酸锂材料制备的波导层构成的光回路，所述光回路包括非对称定向耦合器与两个波导间侧壁刻蚀光栅耦合器；所述的非对称定向耦合器上波导1宽度为wa+δwa，下波导2宽度为wb+δwb，上下波导间的间距设置为g，中间段两个波导的内侧壁刻蚀光栅，形成光栅微扰结构；所述的光栅微扰结构中光栅刻蚀深度为δwa和δwb，占空比为d，周期为λ，根据相位匹配条件确定；组成该光栅反向耦合器应设有硅衬底或二氧化硅衬底，并在由铌酸锂薄膜材料制成的光波导层上设置有二氧化硅保护层，所述保护层材料的折射率小于铌酸锂薄膜材料的折射率。
2.根据权利要求1所述的基于铌酸锂的光栅辅助反向耦合器结构，其特征在于：所述的光栅反向耦合器中光栅辅助上波导和光栅辅助下波导的波导宽度不同，由于两者宽度不同，使得两者的传播常数也不同，当两者的传播常数差异较大时，同向耦合的效率就会特别低，出现同向耦合截止。
3.根据权利要求1、2所述的基于铌酸锂的光栅辅助反向耦合器结构基于光栅微扰结构，其特征在于：光栅反向耦合器结构为布拉格光栅结构，所述布拉格光栅包括上、下两个波导段，在上下波导段的侧壁进行周期性的矩形刻蚀让波导的有效折射率呈现周期性的变化。光栅微扰结构中，铌酸锂薄膜脊形高度为350nm，平板高度100nm，输入输出波导的长度均为10μm，上波导的宽度为wa，下波导的宽度为wb，光栅刻蚀宽度为δwa和δwb，占空比为d，周期为λ，波导间的间距设置为g，光栅周期数为500。
4.根据权利要求1-3所述的基于铌酸锂的光栅辅助反向耦合器结构，其特征在于：
