集偏振滤波器和层间均等耦合器的光互联器件制造技术

本发明专利技术提供了一种集偏振滤波器和层间均等耦合器的光互联器件，包括：平板光波导、偏振滤波光栅、层间均等耦合光栅、底层二氧化硅和顶层二氧化硅，所述平板光波导位于所述的底层二氧化硅之上，所述偏振滤波光栅和所述层间均等耦合光栅位于所述平板光波导之上，所述顶层二氧化硅位于所述偏振滤波光栅和所述层间均等耦合光栅之上，所述偏振滤波光栅位于所述层间均等耦合光栅之前；TE和TM偏振光从所述平板光波导输入，其中一种偏振光被所述偏振滤波光栅耦合成反向传输，另一偏振光透射所述偏振滤波光栅到达所述层间均等耦合光栅，被所述层间均等耦合光栅向上、向下均等耦合输出。本发明专利技术具有宽带宽、高消光比、大构造容差、高集成的层间互联特点。

Optical interconnection device in polarization filter layer and equal coupler

The present invention provides an optical interconnection device, polarization filter layer and set equal couplers include: Hira Itaya waveguide, grating, polarization filtering layer, the underlying silica and equal coupling grating on top of silica, the bottom layer planar optical waveguide is positioned on the two silicon oxide, the polarization filter and the grating layer equal coupling grating arranged on the planar optical waveguide, the top layer of silica in the polarization filter grating and the interlayer coupling grating on equal, before the polarization filter grating located in the interlayer of equal coupling grating; TE and TM polarized light from the planar optical waveguide input, one polarized light is the polarization filtering grating coupled reverse transmission, a polarized light transmission of the grating polarization filter to the interlayer coupling equal grating, by the interlayer were Equal coupling upward and downward coupling output of equal coupling grating. The invention has the characteristics of wide bandwidth, high extinction ratio, large structure tolerance and highly integrated inter layer interconnection.

【技术实现步骤摘要】
集偏振滤波器和层间均等耦合器的光互联器件
本专利技术涉及光通信、光互联以及光器件集成领域，具体地，涉及一种集偏振滤波器和层间均等耦合器的光互联器件。
技术介绍
近年来，绝缘体上硅(Silicon-on-insulator,SOI)由于其与成熟的CMOS工艺相兼容且低成本而受到研究人员的广泛关注。并且由于高折射率对比，使得SOI材料有利于更紧凑、大规模、高密度的光子集成。然而高折射率差也给器件带来强烈的偏振敏感性；另外，三维的层间芯片有利于进一步缩小器件尺寸、提供更集成，更紧凑的片上光子回路。因此不同层间的高速率通信成为亟待解决的问题。目前，在片上主要采用偏振分集方案来解决偏振敏感性问题，其中偏振分束器，偏振滤波器和偏振旋转器是必备部件。众多的器件结构已经被报道可用于片上偏振分束处理，包括：非对称定向耦合器、多模干涉耦合器、马赫-曾德尔干涉仪、光子晶体、光栅等等，然而这些结构还存在一些问题，比如器件耦合长度较长，偏振消光比低，工作带宽窄，器件结构容差小和制造复杂等情况。因此，新的偏振控制方法或器件工作原理仍然需要进一步研究来实现高性能偏振控制；三维不同层间的耦合，可以利用定向耦合器实现，然而这需要高的对准精度并带来制造复杂度。利用光栅的天然耦合优势，可以实现大构造容差的层间耦合器。但是，不同强度的层间耦合信号会给后续信号处理带来成本压力，因此需要设计光栅结构解决不同层间耦合信号强度大小问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种集偏振滤波器和层间均等耦合器于一体的光互联器件。根据本专利技术提供的一种集偏振滤波器和层间均等耦合器的光互联器件，包括：平板光波导、偏振滤波光栅、层间均等耦合光栅、底层二氧化硅和顶层二氧化硅，所述平板光波导位于所述的底层二氧化硅之上，所述偏振滤波光栅和所述层间均等耦合光栅位于所述平板光波导之上，所述顶层二氧化硅位于所述偏振滤波光栅和所述层间均等耦合光栅之上，所述偏振滤波光栅位于所述层间均等耦合光栅之前；TE和TM偏振光从所述平板光波导输入，其中一种偏振光被所述偏振滤波光栅耦合成反向传输，另一偏振光透射所述偏振滤波光栅到达所述层间均等耦合光栅，并被所述层间均等耦合光栅向上、向下均等耦合输出。优选的，所述偏振滤波光栅为TE偏振滤波光栅，TE和TM偏振光从所述平板光波导输入，TM偏振光被所述TE偏振滤波光栅耦合成反向传输，而TE偏振光直接穿过所述TE偏振滤波光栅到达所述层间均等耦合光栅，并被所述层间均等耦合光栅向上、向下均等耦合输出。优选的，输入的TM偏振光满足耦合方程：kin-kg＝-k0neff，而输入的TE偏振光不满足耦合方程，其中，kin为向前传输模式，kg为光栅矢量，k0neff为反向传输模式。优选的，所述偏振滤波光栅为TM偏振滤波光栅，TE和TM偏振光从所述平板光波导输入，TE偏振光被所述TM偏振滤波光栅耦合成反向传输，而TM偏振光直接穿过所述TM偏振滤波光栅到达所述层间均等耦合光栅，并被所述层间均等耦合光栅向上、向下均等耦合输出。优选的，输入的TE偏振光满足耦合方程：kin-kg＝-k0neff，而输入的TM偏振光不满足耦合方程，其中，kin为向前传输模式，kg为光栅矢量，k0neff为反向传输模式。优选的，所述层间均等耦合光栅使透射所述偏振滤波光栅的偏振光满足光栅衍射方程：kin-kg＝0，其中，kin为向前传输模式，kg为光栅矢量。优选的，所述层间均等耦合光栅的占空比是线性改变的，降低由于折射率不匹配而引起的入射光的反射。优选的，所述层间均等耦合光栅的高度是线性改变的，利用薄膜共振原理,使得入射光在宽波带范围内被向上、向下均等耦合输出。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：利用亚波长光栅衍射耦合原理，使得平板光波导里的某一特定偏振光的不同传输模式之间实现转换，由向前传输模式转成反向传输模式，而另一偏振光没有发生模式之间相互转换，直接传输过去不受影响，从而达到偏振滤波效果。使用该原理制作的偏振滤波器，具有高消光比、宽带宽、低损耗、易制作、构造容差大和紧凑的特性。并且层间均等耦合器的引入，提供了宽带宽、高密度的层间均等耦合方法。将所述偏振滤波器和层间均等耦合器集成在一起组成的光互联器件，在三维层间光互联、量子光通信和量子计算中有广阔的应用前景。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术实施例提供的总体结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的偏振滤波光栅的横截面图；图3是本专利技术实施例提供的偏振滤波光栅的原理示意图，其中k0＝2π/λ,π为圆周率λ位真空中波长，nsi为硅的折射率，为二氧化硅的折射率，neff为偏振滤波光栅中传输光的等效折射率；图4是本专利技术实施例提供的TE偏振滤波光栅内部存在模式的等效折射率与波长关系示意图；图5是本专利技术实施例提供的TM偏振滤波光栅内部存在模式的等效折射率与波长关系示意图；图6是本专利技术实施例提供的TE偏振滤波光栅透过率图；图7是本专利技术实施例提供的TM偏振滤波光栅透过率图；图8是本专利技术实施例提供的层间均等耦合光栅的原理示意图，其中θ角为入射光在层间均等耦合器中传输方向与y轴的夹角；图9是本专利技术实施例提供的TE层间均等耦合光栅的结构图；图10是本专利技术实施例提供的TM层间均等耦合光栅的结构图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。图1为本专利技术实施例提供的总体结构示意图。如图1所示，本专利技术实施例结构包括：平板光波导1，偏振滤波光栅2，层间均等耦合光栅3，底层二氧化硅4和顶层二氧化硅5。平板光波导1位于底层二氧化硅4之上，偏振滤波光栅2和层间均等耦合光栅3位于平板光波导1之上，顶层二氧化硅5位于偏振滤波光栅2和层间均等耦合光栅3之上。偏振滤波光栅2起偏振滤波器作用，并位于起层间均等耦合器作用的层间均等耦合光栅3之前。其中，平板光波导1、偏振滤波光栅2、层间均等耦合光栅3的材料是硅；底层二氧化硅4和顶层二氧化硅5的材料是二氧化硅。如图2所示，TE和TM偏振光从平板光波导1输入，经过偏振滤波器2后仅有一种偏振光：TE偏振光或TM偏振光直接穿过并到达层间均等耦合器3左端，而另一个偏振光信号被反射回去。如果是TE偏振滤波器则TM光被反射回去，而TE偏振光不受影响直接穿过；如果是TM偏振滤波器则TE光被反射回去，而TM偏振光不受影响直接穿过。其中，对于TE偏振滤波器，设计合理的平板光波导厚度、偏振滤波光栅的高度、占空比和周期，使得平板波导中存在合理的TE、TM模式分布，通过亚波长光栅衍射作用，使得TM光被耦合成反向传输模式，而TE光传输模式不受影响，实现TM偏振滤波。对于TM偏振滤波器同样合理设计所述结构参数，可以使得TE光被耦合成反向传输模式，而TM光传输模式不受影响，实现TE偏振滤波。其中，对于直接穿过TE偏振滤波器的TE光，设计TE层间均等耦合器，使其被向上和向下均等耦合输出；对于直接穿过TM偏振滤波器的TM光，设计TM层间均等耦合器，使其被向上和向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集偏振滤波器和层间均等耦合器的光互联器件，其特征在于，包括：平板光波导、偏振滤波光栅、层间均等耦合光栅、底层二氧化硅和顶层二氧化硅，所述平板光波导位于所述的底层二氧化硅之上，所述偏振滤波光栅和所述层间均等耦合光栅位于所述平板光波导之上，所述顶层二氧化硅位于所述偏振滤波光栅和所述层间均等耦合光栅之上，所述偏振滤波光栅位于所述层间均等耦合光栅之前；TE和TM偏振光从所述平板光波导输入，其中一种偏振光被所述偏振滤波光栅耦合成反向传输，另一偏振光透射所述偏振滤波光栅到达所述层间均等耦合光栅，并被所述层间均等耦合光栅向上、向下均等耦合输出。

【技术特征摘要】
1.一种集偏振滤波器和层间均等耦合器的光互联器件，其特征在于，包括：平板光波导、偏振滤波光栅、层间均等耦合光栅、底层二氧化硅和顶层二氧化硅，所述平板光波导位于所述的底层二氧化硅之上，所述偏振滤波光栅和所述层间均等耦合光栅位于所述平板光波导之上，所述顶层二氧化硅位于所述偏振滤波光栅和所述层间均等耦合光栅之上，所述偏振滤波光栅位于所述层间均等耦合光栅之前；TE和TM偏振光从所述平板光波导输入，其中一种偏振光被所述偏振滤波光栅耦合成反向传输，另一偏振光透射所述偏振滤波光栅到达所述层间均等耦合光栅，并被所述层间均等耦合光栅向上、向下均等耦合输出。2.根据权利要求1所述的集偏振滤波器和层间均等耦合器的光互联器件，其特征在于，所述偏振滤波光栅为TE偏振滤波光栅，TE和TM偏振光从所述平板光波导输入，TM偏振光被所述TE偏振滤波光栅耦合成反向传输，而TE偏振光直接穿过所述TE偏振滤波光栅到达所述层间均等耦合光栅，并被所述层间均等耦合光栅向上、向下均等耦合输出。3.根据权利要求2所述的集偏振滤波器和层间均等耦合器的光互联器件，其特征在于，输入的TM偏振光满足耦合方程：kin-kg＝-k0neff，而输入的TE偏振光不满足耦合方程，其中，kin为向前传输模式，kg为光栅矢量，k0neff为反向传输模式。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶志成，曹文生，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31