一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统，包括光波导、移相器和二阶光栅；所述光波导具有两个输入端口，用于输入相向传输的模式形成驻波场；所述二阶光栅刻蚀在光波导两个输入端口之间，用于衍射光波导内形成的驻波场；所述移相器位于二阶光栅与光波导一侧的输入端口之间；用于精准调控光波导内相向传输的模式的相移，进而实现二阶光栅对驻波场中不同电场分量的衍射；本发明专利技术能够产生可调谐性和灵活性强的衍射偏振光。产生可调谐性和灵活性强的衍射偏振光。产生可调谐性和灵活性强的衍射偏振光。

【技术实现步骤摘要】
一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统


[0001]本专利技术属于集成光电子器件的
，具体涉及一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统。

技术介绍

[0002]随着近年来光子集成技术的发展，光子集成回路(PhotonicIntegratedCircuit)的规模越来越大，且在产品设计和应用等方面日渐成熟，极大地推动了大数据、云计算、物联网、5G等信息业务的快速发展。在光子集成回路中，各种光子集成器件被特殊设计，以用于操控微纳尺度内的光场，实现各种不同的功能，典型的基本光子集成器件包括光栅、耦合器、激光器、调制器、探测器和滤波器等等。其中，光栅无论是在无源器件还是有源器件中均应用广泛，扮演着重要角色。常见的二阶光栅则被用于实现平面内波导光场的衍射，实现波导和自由空间/光纤模式之间的有效耦合。然而，由于平面波导内横电(TE)和横磁(TM)模式之间较大折射率差，导致这两种偏振模式下的光栅周期差距较大，因此，常规的光栅均是偏振敏感的光栅，且衍射光场偏振态不可调谐。
[0003]近些年来，国内外研究团队对衍射光栅的结构和偏振特性进行了深入的研究。光栅结构的总体优化设计思路是通过对光栅结构周期和形状的设计实现双偏振模式衍射。
[0004]中国香港中文大学XiaChen等人于2011年在OpticsLetters(Vol.36，No.6)上发表论文“Polarization
‑
independentgratingcouplersforsilicon
‑
onr/>‑
insulatornanophotonicwaveguides”，提出了一种使用亚波长结构的光栅耦合器，使得其光栅耦合器可以达到64％的峰值耦合效率。IBM公司JeongHwanSong等人于2015年在OpticsLetters(Vol.40，No.17)上发表论文“Polarization
‑
independentnonuniformgratingcouplersonsilicon
‑
on
‑
insulator”,提出了一种具有不均匀光栅周期的光栅耦合器，使得其光栅耦合器峰值耦合效率大于20％，并且在
‑
3dB带宽内其偏振相关损耗小于0.5dB。多伦多大学的JasaoC.C.Mak等人于2018年在OpticsExpress(Vol.26,No.28)上发表论文“Multi
‑
layersiliconnitride
‑
on
‑
siliconpolarization
‑
independentgratingcouplers”，提出了一种基于优化算法设计的三层硅上氮化硅光栅耦合器，使得其光栅耦合器峰值耦合效率为
‑
4.8dB，1.0dB偏振相关损耗带宽超过100nm。得克萨斯大学XinYuMa等人于2020年在OPTICSEXPRESS(Vol.28,No.11)上发表论文“Polarization
‑
independentone
‑
dimensionalgratingcouplerdesignonhybridsilicon/LNOIplatform”，提出一种基于混合硅/LNOI平台的一维光栅耦合器，使得单偏振的耦合效率可以超过70％，偏振无关的耦合效率可以达到51％，其1.0dB偏振相关损耗带宽超过50nm。浙江大学XiaoFeiWang等人于2021年在OPTICSLETTERS(Vol.46,No2)上发表论文“Polarization
‑
independentfiber
‑
chipgratingcouplersoptimizedbytheadaptivegeneticalgorithm”，提出了一种采用自适应遗传算法优化设计的一维光栅耦合器，并且通过调整耦合效率和偏振相关损耗带宽之间的相对权重，使得设计一在TE模式下耦合效率为
‑
7.6dB，在TM模式下耦合效率为
‑
7.9dB，其1.0dB偏振相关损耗带宽为25.0nm；设计二在TE模
式下耦合效率为
‑ꢀ
7.6dB，在TM模式下耦合效率为
‑
7.2dB，其1.0dB偏振相关损耗带宽为 22.0nm。
[0005]综上所述，针对双偏振模式衍射的光栅均需特殊结构设计，以同时满足TE和TM行波场模式的衍射，但上述方案中的波导结构尺寸较大，且均不能够实现双偏振的调谐。因此，发展一种结构简单紧凑、偏振可调谐的衍射光栅结构对于光场灵活调控十分重要。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统，能够产生可调谐性和灵活性强的衍射偏振光。
[0007]实现本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统，包括光波导、移相器和二阶光栅；
[0009]所述光波导具有两个输入端口，用于输入相向传输的模式形成驻波场；
[0010]所述二阶光栅刻蚀在光波导两个输入端口之间，用于衍射光波导内形成的驻波场；
[0011]所述移相器位于二阶光栅与光波导一侧的输入端口之间；用于精准调控光波导内相向传输的模式的相移，进而实现二阶光栅对驻波场中不同电场分量的衍射。
[0012]进一步地，所述光波导为高折射率差光波导。
[0013]进一步地，所述衍射系统还包括衬底和限制层，衬底和限制层设置在光波导下方。
[0014]进一步地，所述二阶光栅通过在光波导侧壁刻蚀周期性波纹实现。
[0015]进一步地，所述周期性波纹的周期大小取决于波导内模式的有效折射率。
[0016]有益效果：
[0017]1.本专利技术提供了一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统，通过光波导内相向传输的模式之间的干涉形成驻波场，使不同方向的电场分量沿波导传输方向上周期性分开，为二阶光栅对不同电场分量的衍射提供了有利条件，可实现衍射光场的偏振可调谐。相比于现有技术，本专利技术进一步深入微纳尺度内的光场调控，充分利用了光波导中沿传输方向的电场分量。
[0018]2.本专利技术提供了一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统，通过引入移相器精准控制光波导内相向传输的模式之间的相移，调整驻波场中不同方向电场分量与二阶光栅的相对位置，从而通过控制二阶光栅对不同电场分量的衍射，实现衍射光场的偏振可调谐。相比于现有技术，本专利技术具有结构简单紧凑、可调谐性和灵活性强等优势。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统的结构示意图。
[0020]图2为本专利技术一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统的俯视结构示意图。
[0021]图3(a)为实施例光波导内基本模式的模场分布图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统，其特征在于，包括光波导、移相器和二阶光栅；所述光波导具有两个输入端口，用于输入相向传输的模式形成驻波场；所述二阶光栅刻蚀在光波导两个输入端口之间，用于衍射光波导内形成的驻波场；所述移相器位于二阶光栅与光波导一侧的输入端口之间；用于精准调控光波导内相向传输的模式的相移，进而实现二阶光栅对驻波场中不同电场分量的衍射。2.如权利要求1所述的一种基于驻波场调控的偏振可调谐二阶光栅衍射系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑爽，张伟锋，王彬，曾涛，胡善清，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：