一种与偏振无关的铌酸锂光隔离器制造技术

本发明专利技术提供一种与偏振无关的铌酸锂光隔离器，包括一体成型的第一干涉臂(1)、第二干涉臂(2)、第一耦合器(3)及第二耦合器(4)，第一耦合器(3)及第二耦合器(4)分别形成在第一干涉臂(1)、第二干涉臂(2)的两端，第一干涉臂(1)、第二干涉臂(2)沿长度方向均至少包括互易波导、非互易波导，其中：第一干涉臂(1)的互易波导与第二干涉臂(2)的互易波导长度不同；非互易波导包括磁光波导和铌酸锂脊波导，磁光波导位于铌酸锂脊波导的平板波导上方，磁光波导与铌酸锂脊波导的脊沿宽度方向并排形成；第一耦合器(3)及第二耦合器(4)为铌酸锂脊波导，实现同时对横模和纵模的反向输入光的隔离。本发明专利技术具有与偏振无关、波导耦合效率高、易于集成等特点。特点。特点。

【技术实现步骤摘要】
一种与偏振无关的铌酸锂光隔离器


[0001]本专利技术涉及微纳光电子学集成
，具体涉及一种与偏振无关的铌酸锂光隔离器。

技术介绍

[0002]随着信息时代的发展，为了更好地满足其“爆炸式增长”的信息传输需要，对于光纤通信模块、链路和系统的性能要求也在逐步提升。在光路中，由于种种原因会产生与正向传输光方向相反的反射光，例如当光耦合进入光纤时，由于连接器和熔接点的存在，将会在这些端面和点处产生与原传输方向相反的反射光。反射波的光子回到器件之中时，其与半导体材料进行二次作用，干扰了发光材料的正常载流子分布，导致光路系统间产生自耦合效应和自激励效应，造成其他波长和模式光的产生，破坏传输稳定性并给器件带来各种不良影响：对于直调激光器，反射波会给激光带来啁啾，导致光源信号的剧烈波动，从而导致调制带宽下降，十分不利于高速信号的长距离传输，严重时甚至会烧毁激光器；对于光纤放大器，反射波的存在会增加噪声强度，从而使传输信噪比降低；对于模拟信号传输系统，本身抗电磁波干扰能力就较差，反射波会严重影响通信质量；对于相干光通信系统而言，反射波会增加载波信号的光谱宽度并带来频率漂移，使系统无法满足外差法的条件从而不能正常工作。
[0003]光隔离器是使光信号只允许沿一个方向传播并能阻挡反射光的器件，又叫光单向器，类似于电路中的“二极管”，能够用来防止光路中由于各种原因产生的反射光给正向传输光带来的不良影响。因此光通信系统需要在这些端口处加入隔离器，这样能够有效地稳定系统的正常工作，从而保证信号的传输质量。衡量光隔离器性能的指标包括插入损耗、反向隔离度、回波损耗、3dB隔离度带宽、通带带宽、偏振相关损耗、温度特性等，为了能够使光隔离器在系统中发挥更好的效果，高反向隔离度、高工作带宽、高回波损耗、高稳定性和可靠性、低插入损耗等特性是光隔离器的主要发展方向。
[0004]铌酸锂具有优良的电光系数，当入射光强度较小时，晶体的电极化强度与入射光场强可以用线性关系描述。在强光作用下，介质的电极化强度和入射光场强成幂级数关系，幂级数的高次项不能被忽略，这表示光入射到介质中时会产生新的频率辐射。基于铌酸锂优良的光学特性，可以实现入射光的倍频、和频、差频以及参量振荡等光学效应。目前，用铌酸锂体材料制备的光学器件已经实现了商用，但是这些器件都具有器件尺寸大和集成度低的缺点，迫切需要类似绝缘体上硅薄膜(Silicon on Insulator，SOI)结构的集成光学平台实现多功能器件的片上集成。
[0005]近年来随着微纳光电子学的进步，使光电子器件正朝着小型化、集成化的方向发展，更让人们看到了光通讯系统在片上集成方面的发展前景，实现光电融合这一目标指日可待。但由于缺乏一种有效且实用的光隔离器的集成方法，目前复杂的有源器件在光子集成芯片上的集成也受到了阻碍。

技术实现思路

[0006](一)要解决的技术问题
[0007]针对上述问题，本专利技术提供了一种与偏振无关的铌酸锂光隔离器，用于至少部分解决传统片上器件具有较强的偏振相关性，通常只能实现对横模或纵模的效果等技术问题。
[0008](二)技术方案
[0009]本专利技术提供了一种与偏振无关的铌酸锂光隔离器，包括一体成型的第一干涉臂1、第二干涉臂2、第一耦合器3及第二耦合器4，第一耦合器3及第二耦合器4分别形成在第一干涉臂1、第二干涉臂2的两端，第一干涉臂1、第二干涉臂2沿长度方向均至少包括互易波导、非互易波导，其中：第一干涉臂1的互易波导与第二干涉臂2的互易波导长度不同；非互易波导包括磁光波导和铌酸锂脊波导，磁光波导位于铌酸锂脊波导的平板波导上方，磁光波导与铌酸锂脊波导的脊沿宽度方向并排形成；第一耦合器3及第二耦合器4为铌酸锂脊波导，实现同时对横模和纵模的反向输入光的隔离。
[0010]进一步地，光的模式包括横模基模、纵模基模或两者的结合。
[0011]进一步地，第一干涉臂1与第二干涉臂2中互易波导的长度之差使两束光产生π/2+2mπ相移，其中m为整数。
[0012]进一步地，正向传输的光经过非互易波导后产生的相移为
‑
π/2+2nπ，反向传输的光经过非互易波导后产生的相移为π/2+2nπ，其中n为整数。
[0013]进一步地，磁光波导的磁光材料为具有大法拉第系数的磁致旋光材料，包括掺杂型稀土铁石榴石。
[0014]进一步地，磁光材料为铈掺杂钇铁石榴石。
[0015]进一步地，非互易波导上的磁场垂直于光传播方向并倾斜45
°
，磁场大小不小于磁光材料的饱和磁化强度。
[0016]进一步地，光隔离器的下包层为氧化硅材料，衬底为铌酸锂材料，上包层为空气、氧化硅材料或其他折射率小于铌酸锂的半导体材料。
[0017]进一步地，第一耦合器3将正向传输的光分成两路相同的两束光，第二耦合器4将两束光合成一束光，并经过其输出端输出。
[0018]进一步地，第一耦合器3及第二耦合器4包括1
×
2定向耦合器、1
×
2多模干涉耦合器。
[0019](三)有益效果
[0020]本专利技术提供的与偏振无关的铌酸锂光隔离器，通过对互易与非互易波导的截面尺寸以及长度的设计，可以同时实现对横模和纵模的输入光的隔离效果，增加了器件的应用性和易用性；铌酸锂材料与Ce：YIG材料具有极为相近的折射率，在同样尺寸下两种波导中传输光的模场几乎相同，模场可以进行几乎无损耗的对接，耦合效率高；将光隔离器在铌酸锂平台实现，丰富了铌酸锂器件的多样性，为实现铌酸锂晶片上多种器件的单片集成提供了思路。
附图说明
[0021]图1示意性示出了根据本专利技术实施例与偏振无关的铌酸锂光隔离器的结构示意
图；
[0022]图2示意性示出了根据本专利技术实施例与偏振无关的铌酸锂光隔离器中互易波导截面及横模、纵模模场分布图；
[0023]图3示意性示出了根据本专利技术实施例与偏振无关的铌酸锂光隔离器中非互易波导截面及横模、纵模模场分布图；
[0024]图4示意性示出了根据本专利技术实施例与偏振无关的铌酸锂光隔离器中正反向光传输特性的仿真结果图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。
[0026]本公开的实施例提供了一种与偏振无关的铌酸锂光隔离器，包括一体成型的第一干涉臂1、第二干涉臂2、第一耦合器3及第二耦合器4，第一耦合器3及第二耦合器4分别形成在第一干涉臂1、第二干涉臂2的两端，第一干涉臂1、第二干涉臂2沿长度方向均至少包括互易波导、非互易波导，其中：第一干涉臂1的互易波导与第二干涉臂2的互易波导长度不同；非互易波导包括磁光波导和铌酸锂脊波导，磁光波导位于铌酸锂脊波导的平板波导上方，磁光波导与铌酸锂脊波导的脊沿宽度方向并排形成；第一耦合器3及第二耦合器4为铌酸锂脊波导，实现同时对横模和纵模的反向输入光的隔离。
[0027]该与偏振无关的铌酸锂光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种与偏振无关的铌酸锂光隔离器，其特征在于，包括一体成型的第一干涉臂(1)、第二干涉臂(2)、第一耦合器(3)及第二耦合器(4)，所述第一耦合器(3)及第二耦合器(4)分别形成在所述第一干涉臂(1)、第二干涉臂(2)的两端，所述第一干涉臂(1)、第二干涉臂(2)沿长度方向均至少包括互易波导、非互易波导，其中：所述第一干涉臂(1)的互易波导与第二干涉臂(2)的互易波导长度不同；所述非互易波导包括磁光波导和铌酸锂脊波导，所述磁光波导位于所述铌酸锂脊波导的平板波导上方，所述磁光波导与铌酸锂脊波导的脊沿宽度方向并排形成；所述第一耦合器(3)及第二耦合器(4)为铌酸锂脊波导，实现同时对横模和纵模的反向输入光的隔离。2.根据权利要求1所述的与偏振无关的铌酸锂光隔离器，其特征在于，所述光的模式包括横模基模、纵模基模或两者的结合。3.根据权利要求1所述的与偏振无关的铌酸锂光隔离器，其特征在于，所述第一干涉臂(1)与第二干涉臂(2)中互易波导的长度之差使两束光产生π/2+2mπ相移，其中m为整数。4.根据权利要求3所述的与偏振无关的铌酸锂光隔离器，其特征在于，所述正向传输的光经过所述非互易波导后产生的相移为
‑
π/2+2nπ，所述反向传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明轩，赵奕儒，戴双兴，李金野，刘建国，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：