波导偏振分束器以及具有其的光模块制造技术

本申请提供了一种波导偏振分束器以及具有其的光模块，该波导偏振分束器，包括沿光线传播方向依次连接的输入端、多模干涉区及输出端，所述输出端包括TE端口和TM端口，其中：所述多模干涉区垂直于其厚度方向的平切面具有连接所述输入端和输出端的第一区域边和第二区域边，所述第一区域边和第二区域边均为样条曲线；所述TM端口为TM偏振光主输出端口，所述TE端口为TE偏振光主输出端口。本申请的偏振分束器具有带宽较大、串扰比较小的优点。

Waveguide polarization beam splitter and its optical module

【技术实现步骤摘要】
波导偏振分束器以及具有其的光模块
本申请涉及光通信
，尤其涉及一种波导偏振分束器以及具有其的光模块。
技术介绍
偏振分束器(PolarizationBeamSplitter，PBS)是最基本的无源集成器件之一，在偏振复用、相干光通信等方面有着极其重要的作用。其基本功能是将一条波导中的TE(TransverseElectric，横电)和TM(TransverseMagnetic，横磁)偏振态的光分束或合束。现有的波导偏振分束器，不管是多模干涉型PBS或者马赫曾德干涉(Mach-ZehnderInter-ferometer，MZI)型PBS，由于器件尺寸结构单一，都存在带宽小、串扰大的问题。如图1A和图1B所示，为现有多模干涉型PBS(多模干涉区为矩形)偏振分光两输出端口的TM偏振态和TE偏振态的透射光谱，只在1510nm波长附近两偏振态的透射率差值较大，串扰比较小，在1520nm以后，特别是1540nm之后，两偏振态的透射率差值较小，串扰较大，带宽小。因此，如何设计一种带宽较大、串扰较小的波导偏振分束器，就成为一个亟待解决的问题。申请内容本申请的目的在于提供一种波导偏振分束器以及具有其的光模块，基于PSO(ParticleSwarmOptimization，粒子群优化)算法设计，尺寸结构灵活变化，具有带宽大、串扰小等优点。为了实现上述申请目的之一，本申请一实施方式提供了一种波导偏振分束器，包括沿光线传播方向依次连接的输入端、多模干涉区及输出端，所述输出端包括TE端口和TM端口，其中：所述多模干涉区垂直于其厚度方向的平切面具有连接所述输入端和输出端的第一区域边和第二区域边，所述第一区域边和第二区域边均为样条曲线；所述TM端口为TM偏振光主输出端口，所述TE端口为TE偏振光主输出端口。作为本申请一实施方式的进一步改进，所述多模干涉区的平切面具有垂直平分所述TE端口和TM端口连线的参考轴线；所述第一区域边和第二区域边的样条曲线分别为第一样条曲线和第二样条曲线；所述第一样条曲线到所述参考轴线的最大垂直距离Hmax与最小垂直距离Hmin的差值大于等于0.05微米；所述第二样条曲线到所述参考轴线的最大垂直距离Hmax’与最小垂直距离Hmin’的差值大于等于0.05微米。作为本申请一实施方式的进一步改进，所述第一样条曲线到所述参考轴线的最大垂直距离Hmax与最小垂直距离Hmin的差值大于等于0.1微米；所述第二样条曲线到所述参考轴线的最大垂直距离Hmax’与最小垂直距离Hmin’的差值大于等于0.1微米。作为本申请一实施方式的进一步改进，所述第一样条曲线与第二样条曲线之间的间距在1μm—10μm之间。作为本申请一实施方式的进一步改进，所述样条曲线为三次样条插值曲线。作为本申请一实施方式的进一步改进，所述三次样条插值曲线包括至少5段依次平滑衔接的曲线段。作为本申请一实施方式的进一步改进，所述三次样条插值曲线包括19段依次平滑衔接的曲线段。作为本申请一实施方式的进一步改进，所述TM端口中TM偏振光的透射率与TE偏振光的透射率比值B1大于或等于15dB，其中TM偏振光的透射率大于或等于-1dB；所述TE端口中TE偏振光的透射率与TM偏振光的透射率比值B2大于或等于15dB，其中TE偏振光的透射率大于或等于-1dB。作为本申请一实施方式的进一步改进，所述输入端包括一个输入端口。本申请实施例还提供了一种光模块，包含有上述的波导偏振分束器。相对于现有技术，本申请的技术效果在于：本申请基于PSO(ParticleSwarmOptimization，粒子群优化)算法，设计尺寸灵活变化的多模干涉区，以及TE端口、TM端口与输入端口的位置，使得偏振分束器在较大的带宽范围内TE偏振光和TM偏振光均具有较大的透射率差值，较小的串扰，即实现了带宽大、串扰小的波导偏振分束器。附图说明图1A是现有技术中的多模干涉型PBS的TM端口的透射光谱图；图1B是现有技术中的多模干涉型PBS的TE端口的透射光谱图；图2是本申请实施例中的波导偏振分束器的结构示意图；图3A是本申请的波导偏振分束器的TM端口的透射光谱图；图3B是本申请的波导偏振分束器的TE端口的透射光谱图；图4A是本申请的波导偏振分束器内的TE偏振光的传输图；图4B是本申请的波导偏振分束器内的TM偏振光的传输图；图5是本申请实施例中的偏振分束器的尺寸图。具体实施方式以下将结合附图所示的各实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。并且，应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构，但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。例如，第一区域边可以被称为第二区域边，并且类似地第二区域边也可以被称为第一区域边，这并不背离本申请的保护范围。本申请实施例提供了一种波导偏振分束器，如图2所示，包括沿光线传播方向依次连接的输入端121、多模干涉区12及输出端122，所述输出端122包括TE端口14和TM端口13，其中：所述多模干涉区12垂直于其厚度方向的平切面具有连接所述输入端121和输出端122的第一区域边123和第二区域边124，所述第一区域边123和第二区域边124均为样条曲线；所述TM端口13为TM偏振光主输出端口，所述TE端口14为TE偏振光主输出端口。该波导偏振分束器可以基于硅基、氮化硅或二氧化硅等电介质材料制成。这里，在图2中，OX轴和OY轴是相互垂直的，则OX轴和OY轴所形成的平面可以理解为“垂直于其厚度方向的平切面”，而垂直于OXY平面的方向可以理解为“厚度方向”。在输入端121会设置有若干光输入端口11，向该若干光输入端口11输入包含有TE和TM偏振态的光时，在多模干涉区12中，该光会从输入端121传播到输出端122(即沿着图2中的箭头OX的方向)，最终，TE偏振的光会从TE端口14输出，TM偏振的光会从TM端口13输出，从而达到偏振分束的目的。这里，如图2所示，输入端121和输出端122可以理解为一组相对的边，第一区域边123和第二区域边124可以理解为另一组相对的边。样条曲线(SplineCurves)是指给定一组控制点而得到一条曲线，曲线的大致形状由这些点予以控制，一般可分为插值样条和逼近样条两种。该实施例中的样条曲线采用的是三次样条插值(CubicSplineInterpolation)来实现，即通过一系列型值点的一条光滑曲线，在数学上可通过求解三弯矩方程组得出曲线函数组。本申请采用PSO(ParticleSwarmOptimization，粒子群优化)算法，通过合理的设计，获得作为多模干涉区区域边的样条曲线的型值点，以及TE端口、TM端口与输入端口的位置，再采用三次样条插值绘出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波导偏振分束器，包括沿光线传播方向依次连接的输入端、多模干涉区及输出端，所述输出端包括TE端口和TM端口，其特征在于：/n所述多模干涉区垂直于其厚度方向的平切面具有连接所述输入端和输出端的第一区域边和第二区域边，所述第一区域边和第二区域边均为样条曲线；所述TM端口为TM偏振光主输出端口，所述TE端口为TE偏振光主输出端口。/n

【技术特征摘要】
1.一种波导偏振分束器，包括沿光线传播方向依次连接的输入端、多模干涉区及输出端，所述输出端包括TE端口和TM端口，其特征在于：
所述多模干涉区垂直于其厚度方向的平切面具有连接所述输入端和输出端的第一区域边和第二区域边，所述第一区域边和第二区域边均为样条曲线；所述TM端口为TM偏振光主输出端口，所述TE端口为TE偏振光主输出端口。


2.根据权利要求1所述的波导偏振分束器，其特征在于：
所述多模干涉区的平切面具有垂直平分所述TE端口和TM端口连线的参考轴线；
所述第一区域边和第二区域边的样条曲线分别为第一样条曲线和第二样条曲线；所述第一样条曲线到所述参考轴线的最大垂直距离Hmax与最小垂直距离Hmin的差值大于等于0.05微米；所述第二样条曲线到所述参考轴线的最大垂直距离Hmax’与最小垂直距离Hmin’的差值大于等于0.05微米。


3.根据权利要求2所述的波导偏振分束器，其特征在于：
所述第一样条曲线到所述参考轴线的最大垂直距离Hmax与最小垂直距离Hmin的差值大于等于0.1微米；所述第二样条曲线到所述参考轴线的最大垂直距离Hmax’与最小垂直距离Hmin’的差值大于等于0.1微米。

【专利技术属性】
技术研发人员：季梦溪，李显尧，孙雨舟，
申请(专利权)人：苏州旭创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32