基于无间距定向耦合结构的光环行器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于无间距定向耦合结构的光环行器。在衬底上依次由输入Ｙ分支波导、具有或设置有磁性材料的矩形双模波导和输出Ｙ分支波导串接而成。本发明专利技术提出采用无间距定向耦合波导结构，利用其基模和一次模的非互易相移差原理，通过非互易相移，实现集成光学型光隔离器和光环行器。这种非互易器件具有结构紧凑，集成度高的特点，在光信号的发射、放大、传输、路由等方面有应用前景，具有科学研究意义和应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于控制光的方向的器件，尤其涉及一种基于无间距定向耦合 结构的光环行器。技术背景在光纤通信等光信息系统中，不同器件的联接处往往会反射一部分光，一 旦这些反射光进入激光源的腔体，会使光源产生寄生振荡，影响光源的频率稳定性、限制其调制带宽，从而限制整个系统性能的提高。光隔离器(Optical Isolator) 就是专为解决这一问题而发展起来的磁光非互易器件。到目前为止，实用的光 隔离器有以块状石榴石晶体作为法拉第转子的体型光隔离器以及尺寸縮小的微 光学器件。然而，作为集成光学型光隔离器，至今尚处在实验室的原型研究阶 段，实用化的器件还未研制出来。另外，分离、组合不同的传输路线或者多路 波长信号也需要用到光环行器(OpticalCirculator)。和光隔离器一样，光环路器是 另一类实现光路非可逆传输的器件。不过光隔离器是对反向传输光进行阻挡， 而光环路器是对反向传输光进行引导，将其与正向传输光从空间上分离开来， 并从与另一端口输出，这一种特性对于光信号的双向传输和通讯具有重要的意 义。由于波导型结构的非互易光学器件具有磁场要求低，成本低，体积小，损 耗小，机械稳定性高且能与其他波导器件兼容等优点，所以集成光学型光隔离器 和光环路器有着良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于双模干涉原理的光环行器，利用其基模和 一次模的非互易相移差原理，来实现光隔离器或光环行器。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是在衬底上依次由输入Y分支波导、具有或设置有磁性材料的矩形双模波导 和输出Y分支波导串接而成。所述的具有或设置有磁性材料的矩形双模波导的长度满足对称模和反对称 模在正向传输时相长干涉，反向传输时相消干涉；或对称模和反对称模在正向 传输时相消干涉，反向传输时相长干涉。所述的设置有磁性材料矩形双模波导上表面中心或中心对称设置磁性材料 薄膜。所述的具有磁性材料矩形双模波导由两层法拉第旋转系数ep相反的磁性材 料薄膜构成。本专利技术具有的有益效果是-本专利技术提出采用无间距定向耦合波导结构，利用其基模和一次模的非互易 相移差原理，通过非互易相移，实现集成光学型光隔离器和光环行器。这种非 互易器件具有结构紧凑，集成度高的特点，在光信号的发射、放大、传输、路 由等方面有应用前景，具有科学研究意义和应用价值。 附图说明图i本专利技术的结构原理示意图。图2设置有磁性材料的矩形双模波导剖视图。 图3具有磁性材料的矩形双模波导剖视图。图中1一输入Y分支波导，2—矩形双模波导，3—输出Y分支波导， 4一衬底，5—磁性材料薄膜，6—覆盖层。 具体实施例方式本专利技术的内容是有关基于无间距定向耦合结构，利用其基模和一次模的非 互易相移差原理，来实现光隔离器和光环行器。如图1所示，本专利技术的光隔离器和光环行器，利用了双模波导的成像原理， 通过非互易相移，实现光路非可逆传输。其结构由输入Y分支波导1、具有或 设置有磁性材料的矩形双模波导2和输出Y分支波导3串接，在具有或设置有 磁性材料的矩形双模波导2上直接引入非互易相移区。根据双模波导的成像原理，当一束偏振光从A端口或B端口入射后，会激 起两个模式基模和一阶模，若以矩形双模波导的水平对称线看，可以把它们 当作对称模和反对称模。对称模和反对称模是相干的，在双模波导区中传播时， 二者会发生相互干涉。由于这二个模式传播速度不同，存在传播常数差/M3。设 矩形双模波导的长度为L,则相对相位差Acp-ApL。假设光从A端口输入，输入光功率为P()，输出端的光功率Pc、 PD可分别表示为 <formula>formula see original document page 4</formula>选取合适的波导长度L，可以实现正向传输的光从直通端或交叉端输出。若相对 相位差为7t的偶数倍，对称模和反对称模在矩形双模波导区末端发生相长干涉，光从C端口；若相对相位差为7T的奇数倍，对称模和反对称模在矩形双模波导区 末端发生相消干涉，光从D端口。反向传输时，利用基模和一次模的非互易相移差不同的原理，磁光材料产 生的非互易相移只对基模作用，而对一次模的影响很小，所以只需在双模波导 区的中心或边缘对称设置磁光材料区，使对称模和反对称模成像规律与正向传 输刚好相反，从直通端输出的光反向传输时从交叉端输出。以A端口为例，矩形双模波导的长度L满足<formula>formula see original document page 5</formula>其中&、 ；&分别是正向传输时对称模和反对称模的传播常数，l、々二分别是 反向传输时对称模和反对称模的传播常数，n、 m为整数。可以实现从A端口输 入的光从直通端C输出，光反向传输时从交叉端B输出，反射回来后，光正向传 输从直通端D输出，反射回来后，光反向传输从交叉端A输出，艮P: A:=>C=>B=>D=>A。当矩形双模波导的长度L满足<formula>formula see original document page 5</formula>可以实现A-D^B^C^A，从而实现光环行的功能。利用该结构还可以实现光隔离的功能，艮卩A^C^B或A^D^B。 根据所采用的材料不同，本专利技术的实施方式可以多种途径，如材料可以采用Si、 Si02、 GaAs等半导体，聚合物材料，LiNb03，玻璃等波导材料来制作。 实施例l:在器件制作上，采用在介质衬底上生长一层非磁性金属膜或介质膜，再用 化学湿法刻蚀或反应离子刻蚀方法制作矩形双模波导，再在矩形双模波导区上面采用局部键合或溅射的方法制备中心(如图2(a)所示)或中心对称(如图2(b) 所示)设置磁性材料薄膜5。 实施例2:采用在衬底上生长一层磁性材料薄膜，再用化学湿法刻蚀或反应离子刻蚀 方法制作波导，也可以在再上面长一层折射率与衬底差别较大的覆盖层6，如图 3所示。为了增强非互易相移，实现结构更为紧凑的光隔离器和光环行器，还可以采用在磁性材料薄膜上再长一层法拉第旋转系数eF相反的磁性材料薄膜，再用化学湿法刻蚀或反应离子刻蚀方法制作波导。如图3所示中法拉第旋转系数e户o位 于法拉第旋转系数eFO的上方，也可以将法拉第旋转系数e^o设置在法拉第旋转系数9fX)的下方。权利要求1、一种基于无间距定向耦合结构的光环行器，其特征在于在衬底(4)上依次由输入Y分支波导(1)、具有或设置有磁性材料的矩形双模波导(2)和输出Y分支波导(3)串接而成。2、 根据权利要求l所述的一种基于无间距定向耦合结构的光环行器，其特 征在于所述的具有或设置有磁性材料的矩形双模波导(2)的长度满足对称模和 反对称模在正向传输时相长干涉，反向传输时相消干涉；或对称模和反对称模 在正向传输时相消干涉，反向传输时相长干涉。3、 根据权利要求l所述的一种基于无间距定向耦合结构的光环行器，其特 征在于所述的设置有磁性材料矩形双模波导(2)上表面中心或中心对称设置磁 性材料薄膜(5)。4、 根据权利要求l所述的一种基于无间距定向耦合结构的光环行器，其特 征在于所述的具有磁性材料矩形双模波导(2)由两层法拉第旋转系数ep相反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无间距定向耦合结构的光环行器，其特征在于：在衬底（４）上依次由输入Ｙ分支波导（１）、具有或设置有磁性材料的矩形双模波导（２）和输出Ｙ分支波导（３）串接而成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙一翎，江晓清，周海峰，杨建义，郝寅雷，周强，李锡华，王明华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]