一种真零级集成光波导型四分之一波片制造技术

本发明专利技术公开了一种真零级集成光波导型四分之一波片。包括一段双折射光波导和两段锥形光波导，输入光波导经双折射光波导和输出光波导连接，且在在所述输入光波导与所述双折射光波导之间、所述双折射光波导与所述输出光波导之间均经锥形光波导连接；所述的输入光波导和输出光波导中，准TE模的有效折射率等于准TM模的有效折射率；所述的双折射波导和两段锥形光波导中，准TE模的有效折射率与准TM模的有效折射率均存在差异。本发明专利技术所公开的真零级集成光波导型四分之一波片可以实现线偏振光与圆偏振光之间的相互转换，且具有结构简单，高精度和性能可靠的重要特点。

A True Zero-level Integrated Optical Waveguide Quarter Waveplate

The invention discloses a true zero level integrated optical waveguide type quarter wave plate. The input optical waveguide is connected by a birefringent optical waveguide and an output optical waveguide, and is connected by a conical optical waveguide between the input optical waveguide and the birefringent optical waveguide, between the birefringent optical waveguide and the output optical waveguide; in the input optical waveguide and the output optical waveguide, the effective refractive index of the quasi-TE mode, etc. The effective refractive index of the quasi-TM mode is different from that of the quasi-TM mode in the birefringent waveguide and two tapered optical waveguides. The true zero-level integrated optical waveguide quarter-wave plate disclosed by the invention can realize the mutual conversion between linearly polarized light and circularly polarized light, and has the important characteristics of simple structure, high precision and reliable performance.

【技术实现步骤摘要】
一种真零级集成光波导型四分之一波片
本专利技术涉及了属于光器件、集成光学领域的一种光学四分之一波片，尤其是涉及一种真零级集成光波导型四分之一波片。
技术介绍
集成光学是在光通信、光计算及光信息处理等新兴技术需求的基础上应运而生的。集成光学的概念在1969年被首次提出，其基本思想是指在同一块衬底的表面上，用折射率略高的材料制作光波导，并以此为基础再制作光源、光调制器、分路器、耦合器、光栅等各种器件。通过这种集成化，可以实现光学系统的小型化、轻量化、稳定化和高性能化的目的。部分集成光学器件已经在光通信、光传感，以及光互连领域获得实际应用，并且体现出光路集成的巨大优势。波片能够使相互垂直的两振动间产生光程差(或相位差)，在传统光学领域用来实现对光束的偏振转换。在集成光学领域中，也需要使用偏振转换器件来转换光的偏振状态，譬如偏振复用技术中需要对光导波的偏振状态进行转换；在光干涉器件中也需要对光导波的偏振状态进行控制，以获得最优的干涉效果。截至目前，人们针对集成光路中的偏振转器已经进行了一些研究工作，设计并制作了铌酸锂、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体以及聚合物光波导芯片上设计并制作了偏振转换器。譬如杨建义等(杨建义，ZhouQingjun，江晓清，王明华，RayT.Chen，基于斜极化法的电光聚合物光波导偏振转换器，半导体学报，2003，24[11]:1217-1221)提出通过对电光聚合物波导的电极化制作集成光波导波导偏振转换器。这些偏振转换器材料通常具有精细的结构，或者需要对光波导器件制作工艺进行精确的控制，制约了器件性能，提高了器件的制作成本，并因此使偏振转换器在集成光路中的使用受到一定限制。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供了一种真零级集成光波导型四分之一波片。本专利技术所采用的技术方案是：利用波导几何尺寸产生的双折射效应，具体说通过波导芯部横截面高度和宽度的不同产生条形光波导中准TE模导波与准TM模导波之间折射率的差异，使耦合进入光波导内部的准TE模导波与准TM模导波之间产生四分之一波长的光程差(对应90度相移)，形成集成光波导型真零级四分之一波片。本专利技术包括输入光波导、输出光波导、一段双射光波导和两段锥形光波导，输入光波导经双折射光波导和输出光波导连接，且在在所述输入光波导与所述双折射光波导之间、所述双折射光波导与所述输出光波导之间均经锥形光波导连接；所述的输入光波导和输出光波导中，准TE模的有效折射率等于准TM模的有效折射率；所述的双折射波导和两段锥形光波导中，准TE模的有效折射率与准TM模的有效折射率均存在差异。所述的双折射波导和两段锥形光波导中，准TE模的有效折射率与准TM模的有效折射率的差异使得经过双折射波导或者每根锥形光波导的准TE模导波与准TM模导波之间从输入到输出累计产生90度相移。所述的准TE模导波与准TM模导波有效折射率的差异通过光波导芯部几何尺寸的差异产生的双折射效应来实现。具体是通过双折射光波导和两段锥形光波导的波导芯部横截面高度和宽度进行设置。所述的四分之一波片在二氧化硅基片上通过沉积技术制作；或者在玻璃基片上通过离子交换方式或者激光直写方式制作；或者在SOI基片上通过刻蚀方式制作；或者在Ⅲ-Ⅳ化合物半导体(包括GaAs，InP)基片上通过外延生长和刻蚀方式制作。所述的Ⅲ-Ⅳ化合物半导体包括GaAs和InP。具体实施中，根据具体的应用需求，选择光波导材料和光波导制作技术，并根据所选用波导材料的光学性能和光波导制作工艺参数数据，设计合理的波导结构参数和折射率参数。本专利技术的有益效果是：由于器件的工作原理基于波导双折射的机理，因此器件具有简单的结构，对光波导材料和制作工艺没有特殊需要，用常规的集成光波导材料采用常规工艺即可实现；此外，由于可以通过光学设计实现真零级波片，器件在更宽的波长范围内具有更高的相移精度，因此具有更宽的工作波长范围。本专利技术这种真零级集成光波导型四分之一波片可以实现线偏振光和圆偏振光之间的相互转换。所述的真零级集成光波导型四分之一波片可用于将输入的线偏振光转换为圆偏振光输出(如图2所示)，这种情况下，输入线偏振光的偏振方向在xy坐标平面内，且与x轴和y轴之间的交角均为45度；所述的真零级集成光波导型四分之一波片也可以将输入的圆偏振光转换为线偏振光输出(如图3所示)，这种情况下，输入线偏振光的偏振方向在xy坐标平面内。本专利技术这种真零级集成光波导型四分之一波片具有结构简单、高精度和性能可靠的重要特点。附图说明图1为本专利技术所涉及的真零级集成光波导型四分之一波片的波导芯部结构示意图。图2为本专利技术所涉及的真零级集成光波导型四分之一波片将输入的线偏振光转换为圆偏振光输出的示意图。示意图中光导波沿z轴正方向传播；在器件的输入光波导1一侧和输出光波导2一侧分别标出了输入光和输出光的偏振状态。图3为本专利技术所涉及的真零级集成光波导型四分之一波片将输入的圆偏振光转换为线偏振光输出的示意图。示意图中光导波沿z轴正方向传播；在器件的输入光波导1一侧和输出光波导2一侧分别标出了输入光和输出光的偏振状态。图中：(1)为输入光波导；(2)为双折射光波导；(3)为输出光波导；(4)为锥形光波导。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术所涉及的真零级集成光波导型四分之一波片，主要实施步骤如下：(A)光波导结构设计所述的四分之一波片在二氧化硅基片上通过沉积技术制作；或者在玻璃基片上通过离子交换方式或者激光直写方式制作；或者在SOI基片上通过刻蚀方式制作；或者在Ⅲ-Ⅳ化合物半导体(包括GaAs，InP)基片上通过外延生长和刻蚀方式制作。如图1所示，本专利技术具体实施包括输入光波导1和输出光波导3、一段双折射光波导2和两段锥形光波导4，输入光波导1经双折射光波导2和输出光波导3连接，且在在输入光波导1与双折射光波导2之间、双折射光波导2与输出光波导3之间均经锥形光波导4连接；输入光波导1和输出光波导3中，准TE模的有效折射率等于准TM模的有效折射率。双折射波导2和两段锥形光波导4中，准TE模的有效折射率与准TM模的有效折射率均存在使得经过双折射波导2或者每根锥形光波导4的准TE模导波与准TM模导波之间从输入到输出累计产生90度相移。(B)器件结构设计设计真零级集成光波导型四分之一波片结构。为了实现四分之一波片的功能，器件结构设计在双折射光波导2和两段锥形光波导4中，准TE模导波与准TM模导波之间累计产生90度相移。具体实施中，双折射光波导2的宽度为20.0～30.0μm，长度31029～40657μm；锥形光波导4的长度的确定以保证波导展宽和收缩过程中不激发高阶模为原则，长度600～1000μm。在器件设计基础上完成掩模版的设计与制作。(C)器件应用采用合理的光波导芯片制作技术实现集成光波导型四分之一波片的制作，器件制作可以在现有标准的光波导芯片生产线上进行。并完成对波导制作工艺的优化。工作模式一：如图2所示，输入光波导1一侧输入线偏振光，光导波沿z轴正方向传播，输出光波导2一侧输出圆偏振光。工作模式二：如图3所示，输入光波导1一侧输入圆偏振光，光导波沿z轴正方向传播，输出光波导2一侧输出线偏振光。实施例1：用二氧化硅基片上的二氧化硅掺杂波导实现真零级集成光波导型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真零级集成光波导型四分之一波片，包括输入光波导(1)和输出光波导(3)，其特征在于：还包括一段双折射光波导(2)和两段锥形光波导(4)，输入光波导(1)经双折射光波导(2)和输出光波导(3)连接，且在在所述输入光波导(1)与所述双折射光波导(2)之间、所述双折射光波导(2)与所述输出光波导(3)之间均经锥形光波导(4)连接；所述的输入光波导(1)和输出光波导(3)中，准TE模的有效折射率等于准TM模的有效折射率；所述的双折射波导(2)和两段锥形光波导(4)中，准TE模的有效折射率与准TM模的有效折射率均存在差异。

【技术特征摘要】
1.一种真零级集成光波导型四分之一波片，包括输入光波导(1)和输出光波导(3)，其特征在于：还包括一段双折射光波导(2)和两段锥形光波导(4)，输入光波导(1)经双折射光波导(2)和输出光波导(3)连接，且在在所述输入光波导(1)与所述双折射光波导(2)之间、所述双折射光波导(2)与所述输出光波导(3)之间均经锥形光波导(4)连接；所述的输入光波导(1)和输出光波导(3)中，准TE模的有效折射率等于准TM模的有效折射率；所述的双折射波导(2)和两段锥形光波导(4)中，准TE模的有效折射率与准TM模的有效折射率均存在差异。2.根据权利要求1所述的一种真零级集成光波导型四分之一波片，其特征在于：所述的双折射波导(2)和两段锥形光波导(4)中，准TE模的有效折射率与准TM模的有效折...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝寅雷，陈浩，蒋建光，邓鑫宸，杨建义，江晓清，余辉，李宇波，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33