一种偏振分束-旋转器制造技术

本发明专利技术公开了一种偏振分束-旋转器。锥形波导作为输入波导，锥形波导依次经第一耦合波导、第一连接波导、多模波导后与第一输出波导相连接，第一耦合波导的侧方设有第二耦合波导，第二耦合波导依次经型波导、第二连接波导后与第二输出波导相连接，第一耦合波导与第二耦合波导相邻平行排列，锥形波导、第一耦合波导、第一连接波导、多模波导和第一输出波导沿同一直线排列。本发明专利技术可用于偏振复用相干光通信等系统，具有工艺简便、结构简单、高消光比等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种平面光波导集成的偏振调控器件，尤其是涉及了一种高性能的偏振分束器-旋转器，适用于片上通信、传感系统中需要偏振分束和旋转控制的场合。
技术介绍
随着平面光波导集成器件技术的日益发展，单片集成器件数快速地增加，集成系统复杂度迅速地提高，片上的偏振态调控已经是一个不容忽视的问题。由于大多数平面光波导器件具有很强的偏振相关性，因此能够在片上灵活的对不同偏振的分离和转化，实现器件的偏振透明，有助于减少器件设计的工作量，减小系统的尺寸和复杂度。同时，因为平面集成光波导拥有非常好的偏振保持特性，所以通过对平面光波导集成系统中偏振的调控，可以实现在通信和传感系统中双通道信号的传输，能够在不增加器件复杂度的情况下，实现通信容量翻倍，在传感系统中同时检测多个变量。在相干检测系统中，控制信号光与本振光拥有相同或相近的偏振对于提高探测灵敏度也十分重要。在器件的性能要求方面，偏振分束器-旋转器，一般级联在功能性集成器件之前，用于对入射光信号的偏振态进行调控，因此其对性能有非常高的要求。一方面，要求器件拥有尽量大的带宽，在大量器件集成的系统中，不会成为限制整个系统带宽的瓶颈；另一方面，要求器件能够有较大的消光比，在高速通信系统中尽量减小串扰，也为后续器件的设计留有一定的余量。目前在硅基平面光波导上实现偏振分束器，主要有两种方法。一是利用结构的双折射特性，通过设计的波导的结构对不同偏振有相差较大的响应，实现<br>不同偏振光的分离；其存在的问题是，器件的尺寸较大，工作带宽较小，对工艺的容差较小；二是利用不同材料的双折射特性，通过将硅纳米线与其他材料结合，对不同偏振的光产生更强的双折射，用更小尺寸的器件实现不同偏振的分离，其存在的问题是，器件性能较低，由于其他材料的引入，增加了工艺的复杂度，也有可能引入较大的损耗。
技术实现思路
针对
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偏振分束器-旋转器，基于硅基平面光波导非对称方向耦合，具有重要的应用价值。本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术包含锥形波导、第一耦合波导、第二耦合波导、第一连接波导、第二连接波导、型波导、多模波导、第一输出波导和第二输出波导；锥形波导作为输入波导，锥形波导依次经第一耦合波导、第一连接波导、多模波导后与第一输出波导相连接，第一耦合波导的侧方设有第二耦合波导，第二耦合波导依次经型波导、第二连接波导后与第二输出波导相连接，锥形波导、第一耦合波导、第一连接波导、多模波导和第一输出波导中的芯区的主体部分相连接，第二耦合波导、型波导、第二连接波导、第二输出波导的主体部分相连接。所述的第一耦合波导与第二耦合波导相邻平行排列，锥形波导、第一耦合波导、第一连接波导、多模波导和第一输出波导沿同一直线排列。所述各个光波导均具有非对称光波导结构。所述的非对称光波导结构指的是光波导中上包层与下包层的传播结构不对称，其折射率、厚度、宽度中的一种或者多种不相等，即覆盖于芯区之上的上包层与位于芯区之下的下包层的折射率不相等、或是厚度不相等、或是宽度不相等、或是两者均不相等、或是三者均不相等，使得其其横截面上下不对称。所述的非对称光波导结构指的是光波导中左侧包层与右侧包层的传播结构不对称，其折射率、厚度、宽度中的一种或者多种不相等，即左侧包层与右侧包层的折射率不相等、或是宽度不相等、或是两者均不相等。所述的各个光波导中的芯区为脊型，其脊两侧被部分刻蚀或全部刻蚀，其脊两侧刻蚀深度相等或不同。所述的芯区为双脊或多层脊的结构，具有两层或两层以上的不同高度的脊。所述的锥形波导输入为偏振基模或者偏振基模，相应的输出分别为偏振高阶模或者偏振基模。锥形波导输入偏振基模时，所述的第一耦合波导和第二耦合波导的宽度尺寸满足第一耦合波导偏振高阶模与第二耦合波导偏振基模的相位匹配条件。锥形波导输入偏振基模时，所述的第一耦合波导和第二耦合波导的宽度尺寸满足第一耦合波导偏振基模与第二耦合波导偏振基模的相位失配条件。所述的第一耦合波导和第二耦合波导长度相等，使得第一耦合波导偏振高阶模完全耦合到第二耦合波导偏振基模。所述的多模波导长度等于其偏振基模第一次成镜像的距离。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术具有工艺简便、结构简单等优点，具有高消光比、大带宽、低损耗等优异性能，在未来片上光通信、光传感方面有着重要的应用。附图说明图1是本专利技术器件的结构示意图。图2是本专利技术器件实施例尺寸示意图。图3是本专利技术第一种具有非对称光波导结构的示意图。图4是本专利技术第二种具有非对称光波导结构的示意图。图5是本专利技术第三种具有非对称光波导结构的示意图。图6是本专利技术第四种具有非对称光波导结构的示意图。图7是本专利技术第五种具有非对称光波导结构的示意图。图8是本专利技术第六种具有非对称光波导结构的示意图。图9是本专利技术输入横电TE基模时的光场传输图。图10是本专利技术输入横磁TM基模时的光场传输图。图中：1、锥形波导，2a、第一耦合波导、2b、第二耦合波导，3a、第一连接波导，3b、第二连接波导，4、S型波导，5、多模波导，6a、第一输出波导，6b、第二输出波导，100、上包层，101、芯区，102、下包层。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。如图1所示，本专利技术包含锥形波导1、第一耦合波导2a、第二耦合波导2b、第一连接波导3a、第二连接波导3b、S型波导4、多模波导5、第一输出波导6a和第二输出波导6b；锥形波导1作为输入波导，锥形波导1依次经第一耦合波导2a、第一连接波导3a、多模波导5后与第一输出波导6a相连接，第一耦合波导2a的侧方设有第二耦合波导2b，第二耦合波导2b依次经S型波导4、第二连接波导3b后与第二输出波导6b相连接，锥形波导1、第一耦合波导2a、第一连接波导3a、多模波导5和第一输出波导6a中的芯区101的主体部分相连接，第二耦合波导2b、S型波导4、第二连接波导3b、第二输出波导6b的主体部分相连接。第一耦合波导2a与第二耦合波导2b相邻平行排列，锥形波导1、第一耦合波导2a、第一连接波导3a、多模波导5和第一输出波导6a沿同一直线排列。本专利技术的锥形波导1为缓变绝热波导结构，各个光波导均具有非对称光波导结构。具体实施中其非对称结构可以进行多种变化：如图3所示，其光波导结构左侧和右侧对称，设有截面为方形的芯区101，上包层100与下包层102折射率不相等。如图4所示，其光波导结构左侧和右本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振分束‑旋转器，其特征在于：包含锥形波导(1)、第一耦合波导(2a)、第二耦合波导(2b)、第一连接波导(3a)、第二连接波导(3b)、S型波导(4)、多模波导(5)、第一输出波导(6a)和第二输出波导(6b)；锥形波导(1)作为输入波导，锥形波导(1)依次经第一耦合波导(2a)、第一连接波导(3a)、多模波导(5)后与第一输出波导(6a)相连接，第一耦合波导(2a)的侧方设有第二耦合波导(2b)，第二耦合波导(2b)依次经S型波导(4)、第二连接波导(3b)后与第二输出波导(6b)相连接，锥形波导(1)、第一耦合波导(2a)、第一连接波导(3a)、多模波导(5)和第一输出波导(6a)中芯区(101)的主体部分相连接，第二耦合波导(2b)、S型波导(4)、第二连接波导(3b)、第二输出波导(6b)中芯区(101)的主体部分相连接。

【技术特征摘要】
1.一种偏振分束-旋转器，其特征在于：包含锥形波导(1)、第一耦合波
导(2a)、第二耦合波导(2b)、第一连接波导(3a)、第二连接波导(3b)、
S型波导(4)、多模波导(5)、第一输出波导(6a)和第二输出波导(6b)；
锥形波导(1)作为输入波导，锥形波导(1)依次经第一耦合波导(2a)、第
一连接波导(3a)、多模波导(5)后与第一输出波导(6a)相连接，第一耦合
波导(2a)的侧方设有第二耦合波导(2b)，第二耦合波导(2b)依次经S型
波导(4)、第二连接波导(3b)后与第二输出波导(6b)相连接，锥形波导(1)、
第一耦合波导(2a)、第一连接波导(3a)、多模波导(5)和第一输出波导(6a)
中芯区(101)的主体部分相连接，第二耦合波导(2b)、S型波导(4)、第二
连接波导(3b)、第二输出波导(6b)中芯区(101)的主体部分相连接。
2.根据权利要求1所述的一种偏振分束-旋转器，其特征在于：所述的第一
耦合波导(2a)与第二耦合波导(2b)相邻平行排列，锥形波导(1)、第一耦
合波导(2a)、第一连接波导(3a)、多模波导(5)和第一输出波导(6a)沿
同一直线排列。
3.根据权利要求1所述的一种偏振分束-旋转器，其特征在于：所述的锥形
波导(1)为缓变绝热波导结构，锥形波导(1)输入为TM偏振基模或者TE偏
振基模，相应的输出分别为TE偏振高阶模或者TE偏振基模。
4.根据权利要求1所述的一种偏振分束-旋转器，其特征在于：所述各个光
波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴道锌，吴昊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33