1.5 多模电光开关

MMI（Multimode Inteference）型光耦合器具有结构紧凑、插入损耗低、频带宽、制作工艺简单和容差性好等优点，更容易实现大规模集成，且带宽宽，偏振敏感度低，适合于DWDM系统。除构成基本的 M×N耦合器外，还可以设计出具有耦合功能和干涉功能的耦合器单元，也可以作为一些具有更强操作性能的光波导器件的组成部分，如MZ干涉仪型光开关、波分复用解复用器、相位阵列波分复用/解复用器、波长选择性光开关、多信道上传/下载光复用器、半导体环形激光器、环形振荡器和相干光横向滤波器等。可见，MMI几乎出现在每个复杂的器件或小系统中，它是集成光学中重要的组成部分。

多模波导干涉耦合器的基本工作原理基于多模波导中的自映像现象。在多模波导中，沿着波的传播方向，在周期性的间隔处出现输入场的一个或多个复制的映像，这就是多模波导的自映像。

普通N×N阶MMI光耦合器由输入单模波导、多模波导和输出单模波导3部分组成，如图1-16所示。多模波导中的导模数通常大于3，在图1-16中，w为多模波导的宽度。

图1-16 普通型N×N阶MMI光耦合器结构

随着DWDM通信系统的发展，器件通道数不断增加，要求MMI光耦合器输入/输出通道数增加。而多模波导的长度与其宽度的平方成正比，通道间距和通道数的增加必然导致多模波导的宽度增加，相应的器件长度必然大大增加，提出了一种基于多模干涉的双曲锥型耦合器结构。

N×N阶双曲型多模干涉耦合器的结构如图1-17所示，多模波导的宽度为：

其中，w0和w1为多模波导两端和中心处的宽度，Lmmi为多模波导的长度，如图1-17所示，输入/输出波导与光轴有一定的角度，以使输入光场波前与多模波导中导模场波前吻合，使输入光场沿着光轴方向传播，保证输出的均衡性。输入/输出波导与光传输轴的夹角为：

图1-17 N×N阶双曲型MMI光耦合器结构示意图

其中，dΩ=1−w1/w0为多模波导归一化的宽度变化。相对于普通矩形多模干涉耦合器，多模波导的长度较短。

图1-18（a）是一种多模干涉耦合器的示意图，它利用多模波导中的正常模式干涉来实现开关功能。

图1-18 多模电光开关结构