与偏振无关的平面型光隔离器制造技术

一种平面型光隔离器包括基底，第一模式分离器，第二模式分离器和形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上的相移区。第一模式分离器形成在基底上，通过输入口接收入射光信号，并把这入射光信号分离成第一入射模式和第二入射模式。第二光分离器形成在基底上，并组合第一旋转入射模式和第二旋转入射模式在输出口来还原该入射光信号。第二模式分离器在输出口接收反射光信号，并把该反射光信号分离成第一反射模式和第二反射模式。相移区形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上，并包括非互易相移段和互易相移段。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种光学器件，准确地说，涉及一种与偏振无关的平面型光隔离器。
技术介绍
光隔离器已应用在各种光学系统中来减少有害地影响该系统操作中的反射，诸如中断激光器的振荡和/或干扰在线的光放大器。已知的多种光隔离器采用种类繁多的部件来完成光隔离。例如，非平面型光隔离器一般都采用双折射晶体板(例如，金红石)，半波板和封闭柘榴石或具有外磁体的非封闭柘榴石。光环行器也应用于各种光学系统中，例如把双向光纤耦合到输入光纤和输出光纤两者。非平面型光环行器通常也采用双折射晶体板(例如，金红石)，半波板和封闭柘榴石或具有外磁体的非封闭柘榴石。金红石是一种双折射材料，它一般把光线至少分为两种正交光(即，正常光和异常光)。当在光隔离器或光环行器中使用时，通常至少一块金红石起着离散(walk-off)元件的作用，同时第一金红石一般把进入的光信号分离成正常和异常的分量光束，而紧接前面的(即第二)金红石通常使这两束分离的光束变成一致并还原成原来的进入光信号。当应用在光隔离器和光环行器时，一般，闭锁的柘榴石单向地转动输入信号的分量光束达45度，并通常采用半波片来反复地转动这分量光束，再加上45度。由于近来用于密集型波分复用(DWDM)系统中的光隔离器和光环行器的需要增加，所以降低光隔离器和光环行器的尺寸和成本变得愈来愈重要。因此，发展采用标准半导体制造技术制造的实用平面型光学器件(例如，光隔离器和光环行器)是合乎需要的。
技术实现思路
本专利技术一实施例的目标是一种包括基底，第一模式分离器，第二模式分离器和形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上的相移区。第一模式分离器形成在基底上，通过输入口接收输入光信号，并把该输入光信号分离为第一入射模式和第二入射模式。第二模式分离器形成在基底上，并组合第一旋转入射模式和第二旋转入射模式在输出口来还原该输入光信号。第二模式分离器在输出口接收反射光信号并把这反射光信号分离成第一反射模式和第二反射模式。相移区形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上，并包括非互易的相移段和互易的相移段。相移区通过反射的光信号，并不改变它的模式，但产生第一入射模式变为第二旋转入射模式和第二入射模式变为第一旋转入射模式。第一模式分离器传导第一反射模式和第二反射模式离开输入口。在随后的详细描述中将陈述本专利技术更多的特性和优点，而从这描述或在随后的权利要求和附图一起的描述中所描述的通过本专利技术实践的认知会使在本
中的技术员明白这些特性和优点。要知道本专利技术前面的描述仅是示范性的，为的是想要为对正如在权利要求书中所规定的本专利技术的本质和特性的理解提供一个概述。把附图包括在内以提供对本专利技术的进一步了解，并并入本说明书和构成一个部分。附图示出本专利技术的各种特性和实施例，与它们的描述在一起用来解释本专利技术的原理和操作。附图简述附图说明图1是根据本专利技术一实施例平面型光隔离器的部分分解透视图；图2A是根据本专利技术一实施例的图1中隔离器的横截面图，它取自沿直线II-II，示出经过第一模式分离器的入射光信号第一入射模式的路径；图2B是图1中隔离器的横截面图，它取自沿II-II直线，示出经过第一模式分离器的入射光信号第二入射模式的路径；图3是根据本专利技术的图1中隔离器的顶视图，在移去包层的情况下，示出经过隔离器核心层的入射光信号分量的传播； 图4是根据本专利技术的图1中隔离器的顶视图，在移去包层的情况下，示出经过隔离器核心层的反射光信号分量的传播；图5A-5E是在各个制作阶段期间，图1中隔离器的透视图；图6A是画出各种结构尺寸的图1中隔离器的顶视图；图6B是画出各种其它结构尺寸，取自沿直线A-B的图2中模式分离器的横截面图；图7是沿直线A-B，对TE((电磁波)横向电场)和TM(横向磁场(电磁波))模式画出材料的有效折射率的图；以及图8A-8B是画出分别由定向耦合器和Y形分叉型模式分离器的TE和TM模式的分离图。具体实施例方式一种平面型光隔离器包括基底，形成在基底上的第一模式分离器，形成在基底上的第二模式分离器，以及形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上的相移区。与常规的Y形分叉型光束分离器相比(小于1°)，平面型光隔离器的模式分离器，具有比较大的分叉角(约7°)。有利的是，该平面型光隔离器在一较小的器件面积中(总长度小于约1200μm(微米))提供与偏振无关的光隔离，插入损耗低(例如，对TE和TM这两种模式，在1550nm(纳米)时都小于约0.2dB)和交叉干扰低(例如，大于40dB的降低)。为图示说明起见，较佳隔离器的附图是不按比例的，且部件的各种尺寸和角度已加以放大。从参考图1开始，示出根据本专利技术一实施例中一种提供光隔离的平面型光隔离器100。该隔离器100包括基底102，较佳的是厚约500微米的钆镓柘榴石(GGG)基底，隔离器100的诸部件就形成在它的上面。应该了解的是可采用例如SGG和NGG的其它类型基底。正如在图5B中最佳地示出，多个多量子阱(MQW)结构104A-104D形成在基底102上。较佳的是，要把用作MQW结构104A-104D的材料选得使对传播到MQW结构104A-104D中TE模式的有效折射率与核心层106的折射率相同。这导致对TM模式的有效折射率小于核心层106的折射率，这就产生TM模式在各处MQW结构014A-104D发散。由核心层106(即，一种磁光材料)将第1MQW结构104A(图1)是与第三MQW结构104B分开。较佳的是，核心层106是由铈取代的钆铁柘榴石(Ce:YIG)材料形成，厚约为900纳米，且每个MQW结构104A-104D较佳的是包括总层数为30层的Cu:YIG和二氧化硅(SiO2)复合交替层厚约30纳米。把包层108(即非磁性材料)形成在MQW结构104A-104D和核心层106的上面。包层108包括若干个肋110、112、114、116和118用来导引至少一部分入射光信号和反射光信号。较佳的是，肋110-118的宽度约为在5和7微米之间，高度约为50纳米，以及包层108的总厚度约为150纳米。第一肋110和第二肋112通过在相移区120的第一侧的第一跨接肋114和通过在相移区120的第二侧的第二跨接肋116连接起来。在第一肋110和第一与第二跨接肋114和116之间的分叉角θ较佳的是约7°。同样，在第二肋112和第一与第二跨接肋114和116之间的分叉的θ较佳的是约7°。输入口111位于在第一肋110的第一端部下面的核心层106中，而第一肋引出口115则位于在第一肋110的第二端部下面的核心层106中。第二肋112包括位于在第二肋112第一端部下面的核心层106中的第二肋引出口19，和位于在第二肋112第二端部下面的核心层106中的输出口113。在一较佳的实施例中，在第一肋110和第二肋112的上面形成一磁体122以在核心层106中产生非互易地地旋转入射光信号和反射光信号约达45°的非互易相移段120A(参见图3)。较佳的是，磁体122由两层长度Lm约为180微米和宽度Lw为5和10微米之间的磁性薄膜做成(参见图6A)。较佳的是，把聚酰亚胺半波片124结合入(例如，埋入)核心层106内来提供互易地旋转入射光信号和反射光信号约达45°的互易相移段120B(参见图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面型光隔离器，其特征在于，包括：基底，第一模式分离器，形成在基底上，该第一模式分离器通过输入口接收入射光信号并把该入射光信号分离为第一入射模式和第二入射模式；第二模式分离器，形成在基底上，其中该第二模式分离器组 合第一旋转入射模式和第二旋转入射模式，在输出口还原该入射光信号，而其中第二模式分离器在输出口接收反射光信号并把该反射光信号分离为第一反射模式和第二反射模式；以及相移区，形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上，其中该相移区包 括非互易相移段和互易相移段，该相移区通过反射光信号时，不改变它的模式，但使第一入射模式变成第二旋转模式和第二入射模式变成第一旋转入射模式，且其中第一模式分离器引导第一反射模式和第二反射模式离开输出口。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：野毛宏，高桥裕树，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]