基于定向耦合结构的硅基多模弯曲波导模式串扰检测方法与流程

本发明涉及硅基光电子的，尤其涉及一种基于定向耦合结构的硅基多模弯曲波导模式串扰检测方法。

背景技术：

1、在硅基光电子集成芯片中，多模波导被广泛应用于模式复用通信及片上光谱仪等器件中。为了评估多模波导（尤其是弯曲波导）的性能，通常需要对其模式串扰进行定量检测。现有技术中，常采用非对称定向耦合器（adc）作为模式解复用器来分离不同阶次的模式，进而通过测量各端口功率来推算串扰值。

2、然而，这种直接沿用通信级解复用器进行检测的方案存在以下缺陷：首先，通信级解复用器的设计目标侧重于信号传输效率与带宽，对耦合区的长度设计往往不追求理论上的完全能量转移，导致在检测微弱串扰信号时，部分目标模式能量残留在主波导中未被提取，造成测量值系统性偏低；其次，现有结构缺乏针对检测场景的严格隔离度验证机制，当多模波导输出端存在多个耦合臂时，相邻耦合臂之间可能发生交叉耦合或寄生串扰，使得某一耦合臂输出的信号中混入了非目标模式的能量，导致测量结果失真。上述耦合不完全与通道间干扰的叠加效应，使得现有技术难以实现对多模波导模式串扰的高精度、高保真定量检测。

3、因此，亟须一种基于定向耦合结构的硅基多模弯曲波导模式串扰检测方法，解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种基于定向耦合结构的硅基多模弯曲波导模式串扰检测方法，用于解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本技术是通过如下技术方案来实现的：

3、本技术提供了一种基于定向耦合结构的硅基多模弯曲波导模式串扰检测方法，包括：

4、提供多模波导以及位于所述多模波导输出端的至少一个耦合臂，所述耦合臂的耦合长度基于所述多模波导的目标模式与所述耦合臂的传输模式之间的有效折射率差值确定；

5、在所述耦合臂的输入端施加反向激励信号，并基于所述多模波导的输出端以及除当前被激励的耦合臂之外的其他耦合臂的输出端的信号响应，验证所述耦合臂的模式隔离度；所述反向激励信号为利用光路可逆原理将所述耦合臂作为信号注入端注入的对应于所述目标模式的光信号；

6、响应于所述模式隔离度满足预设隔离条件，在所述多模波导的输入端施加单一本征模式激励，并量测各所述耦合臂的输出端与所述多模波导的输出端的输出信号功率，基于量测结果计算所述多模波导的模式串扰值。

7、有益效果在于，通过基于有效折射率差值精确设定耦合长度以确保目标模式能量的完全转移，并结合反向激励验证机制排除通道间交叉耦合的干扰，从而通过完全能量提取与隔离度验证相结合，提高了串扰定量计算的准确性。

8、作为一种实施方式，所述耦合长度基于所述有效折射率差值与输入光波长计算得到的相干拍长确定；所述相干拍长的计算方式为：将所述输入光波长的一半除以所述有效折射率差值；所述耦合臂的耦合长度等于所述相干拍长。

9、有益效果在于，利用拍长这一物理量作为耦合长度的设计基准，确保了耦合过程符合完全能量转移的理论条件。明确了拍长的具体确定公式及耦合臂长度的设定规则，为工程实现提供了精确的参数依据。

10、作为一种实施方式，所述在所述耦合臂的输入端施加反向激励信号，并基于所述多模波导的输出端以及除当前被激励的耦合臂之外的其他耦合臂的输出端的信号响应，验证所述耦合臂的模式隔离度，包括：

11、在所述耦合臂的输入端施加所述目标模式对应的反向激励信号；

12、检测所述多模波导的输出端的第一输出信号，以及所述其他耦合臂的输出端的第二输出信号；

13、基于所述第二输出信号判断是否满足所述预设隔离条件。

14、有益效果在于，细化了反向验证的具体操作流程，通过监测非目标通道的泄漏信号来量化评估隔离性能。

15、作为一种实施方式，所述预设隔离条件包括：所述其他耦合臂的第二输出信号的功率小于所述反向激励信号的功率的预设阈值；

16、所述方法还包括：响应于所述模式隔离度不满足所述预设隔离条件，调整所述耦合臂的结构参数，直至所述模式隔离度满足所述预设隔离条件；所述结构参数包括耦合臂的宽度、耦合臂与多模波导之间的间距、或耦合臂的耦合长度中的至少一种。

17、有益效果在于，建立了验证-调整的闭环反馈机制，确保检测结构在正式测量前已达到所需的隔离度标准，避免了因结构参数偏差导致的测量误差。

18、作为一种实施方式，所述提供多模波导以及位于所述多模波导输出端的至少一个耦合臂，包括：

19、针对所述多模波导的多个不同阶次模式，设置多个对应的耦合臂构成耦合臂阵列，相邻所述耦合臂之间保持预设安全间距以防止相互干扰。

20、有益效果在于，通过空间布局优化，从物理层面降低了多通道并行检测时的相互串扰风险。

21、作为一种实施方式，所述预设安全间距不小于5微米；

22、所述多模波导的中心材料包括硅、氮化硅或氮氧化硅中的至少一种，所述多模波导的包层材料包括二氧化硅或有机聚合物中的至少一种；

23、所述多模波导包括弯曲波导，所述弯曲波导的输入端和输出端分别连接有多模直波导，所述弯曲波导的几何形状包括圆弧。

24、有益效果在于，限定了具体的工艺参数与材料体系，保证了方案在典型硅光工艺平台上的可实施性与兼容性。

25、作为一种实施方式，所述基于量测结果计算所述多模波导的模式串扰值，包括：

26、获取各所述耦合臂的输出端与所述多模波导的输出端的输出信号功率；

27、基于各输出信号功率的比例关系，定量计算所述多模波导引起的不同模式之间的串扰值。

28、有益效果在于，明确了串扰值的定量计算逻辑，确保了检测结果的可重复性与标准化。

29、本技术还提供了一种多模波导模式串扰检测系统，包括：

30、耦合臂提供模块，用于提供多模波导以及位于所述多模波导输出端的至少一个耦合臂，所述耦合臂的耦合长度基于所述多模波导的目标模式与所述耦合臂的传输模式之间的有效折射率差值确定；

31、隔离验证模块，用于在所述耦合臂的输入端施加反向激励信号，并基于所述多模波导的输出端以及除当前被激励的耦合臂之外的其他耦合臂的输出端的信号响应，验证所述耦合臂的模式隔离度；

32、串扰值获取模块，用于响应于所述模式隔离度满足预设隔离条件，在所述多模波导的输入端施加单一本征模式激励，并量测各所述耦合臂的输出端与所述多模波导的输出端的输出信号功率，基于量测结果计算所述多模波导的模式串扰值。

33、本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的硅基多模弯曲波导模式串扰检测方法。

34、本技术还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上述任一项所述的方法。