一种大制作容差高偏振消光比无源波导型偏振旋转分束器制造技术

本申请公开了一种大制作容差高偏振消光比无源波导型偏振旋转分束器，其中的波导芯层包括输入波导、第一模式转化器、锥形波导连接器、非对称耦合器、模式滤波器、输出波导；其中非对称耦合器包含宽度不同的上下耦合波导，模式滤波器包含第二模式转化器和1

【技术实现步骤摘要】
一种大制作容差高偏振消光比无源波导型偏振旋转分束器


[0001]本申请属于光学元器件
，具体涉及一种大制作容差高偏振消光比无源波导型偏振旋转分束器。

技术介绍

[0002]近年来，光通信器件在往小型化低成本的趋势发展，将不同功能的器件集成在光学芯片上成为了目标。在光学芯片上实现偏振分束、合束、旋转等偏振模式操控，一方面能够通过偏振复用提高光通信速率，另一方面也可以降低偏振模色散带来的传输限制。特别是对于相干收发光学模块来说，实现高效的波导型偏振旋转分束、合束器是关键点之一。
[0003]实现波导型偏振分束器的方式很多，主要是基于模式耦合，例如：多模干涉耦合器(MMIs)，定向耦合器(DCs)，以及马赫曾德干涉仪(MZIs)。两种偏振光在光波导中的有效折射率不一样，有着不同的传播常数，通过调整波导宽度长度或者外加控制，使得其中某一种偏振光满足干涉相长或者相消，实现偏振分束。但是对于多模干涉耦合器(MMIs)，定向耦合器(DCs)来说，实现20dB偏振消光比、C波导工作带宽的偏振分束功能需要精确的波导宽度控制。而基于马赫曾德干涉仪(MZIs)的偏振分束器，利用额外的控制能够增大器件的制作容差，但是同时也提高了器件的制作成本。
[0004]实现波导型偏振旋转功能需要借助波导边界串扰增大TM偏振光的横向电场分量或者是TE偏振光的纵向电场分量，从而形成TE和TM的混合模式，在传输过程中混合模式的相互耦合呈现出TE和TM偏振光的相互转化。考虑到波导厚度方向变化的制作难度，一般利用基于宽度渐变的锥形波导实现TM基模转成TE高阶模式，然后通过非对称耦合器将TE高阶模式耦合成TE基模。这种宽度渐变的锥形波导实现模式转化，宽度制作容差大，转化效率高，其末端级联非对称耦合器便能够实现偏振旋转分束。但是，这种偏振旋转分束的方案无法抑制输出端口的串扰。原因在于，锥形波导实现模式转化完成后的波导宽度较宽，保证TE高阶模的存在，抑制TM基模产生。而较宽波导形成的非对称耦合器上下波导的TE基模有效折射率差不大，非对称度低，上下耦合波导中的TE基模会相互耦合形成串扰。而且制作误差会导致模式转化和模式耦合的性能劣化，串扰增强，降低消光比。

技术实现思路

[0005]本申请提出了一种大制作容差高偏振消光比无源波导型偏振旋转分束器，目的在于提高偏振旋转分束器的消光比，增大制作容差，利用光刻制作图形依旧能使得器件性能达到应用要求。
[0006]为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
[0007]一种大制作容差高偏振消光比无源波导型偏振旋转分束器，包括衬底、波导芯层和盖层；
[0008]所述衬底用于承载所述波导芯层，所述盖层用于覆盖所述波导芯层，所述波导芯层位于所述衬底和所述盖层之间；
[0009]所述波导芯层包括输入波导、第一模式转化器、锥形波导连接器、非对称耦合器、模式滤波器、上输出波导和下输出波导；
[0010]所述输入波导用于输入TE基模偏振光和TM基模偏振光；
[0011]所述第一模式转化器用于将所述TM基模偏振光转化为TE高阶模式偏振光；
[0012]所述非对称耦合器用于将所述TE高阶模式偏振光耦合为TE基模偏振光；
[0013]所述非对称耦合器包括上耦合波导和下耦合波导，所述锥形波导连接器用于第一模式转化器与下耦合波导的连接；
[0014]所述下耦合波导用于传输由所述输入波导输入的所述TE基模偏振光和输入波导中所述TM基模偏振光经第一模式转化器转化成的TE高阶模式偏振光；
[0015]所述上耦合波导用于传输经耦合得到的TE基模偏振光，所述上耦合波导与所述上输出波导连接；
[0016]所述模式滤波器包括第二模式转化器和1
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1多模干涉耦合器，所述1
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1多模干涉耦合器与所述下输出波导连接；
[0017]所述第二模式转化器用于将所述下耦合波导中剩余的TM基模偏振光转化为TE高阶模式偏振光；
[0018]所述1
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1多模干涉耦合器用于滤除所述下耦合波导中的传输的TE高阶模式偏振光。
[0019]可选的，所述第一模式转化器是锥形波导。
[0020]可选的，所述锥形波导连接器的始末宽度不同。
[0021]可选的，所述第二模式转化器为锥形波导。
[0022]可选的，所述非对称耦合器的上耦合波导和下耦合波导的宽度不同。
[0023]可选的，所述非对称耦合器的上耦合波导宽度渐变。
[0024]可选的，所述输入波导和所述第一模式转化器之间、所述模式转换器和所述非对称耦合器之间、所述第一模式转换器和所述下耦合波导之间均采用锥形渐变波导连接。
[0025]可选的，所述模式滤波器中含有一个或者多个所述第二模式转化器，含有一个或者多个所述1
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1多模干涉耦合器。
[0026]本申请的有益效果为：
[0027]本申请公开了一种大制作容差高偏振消光比无源波导型偏振旋转分束器，通过第一模式转化器将TM基模转换成TE高阶模式，之后通过锥形波导连接器连接非对称耦合器的下波导。锥形波导连接器的引入使得非对称耦合器的上下波导宽度优化获得高对称度，提高了上波导的偏振消光比和耦合效率。锥形波导连接器额外导致的模式混合，会降低TM基模和TE高阶模式的转化效率。因此非对称耦合器的下波导级联第二模式转化器和1
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1多模干涉耦合器滤除剩余的TM基模和TE高阶模式，提高了下波导的偏振消光比。本专利技术的无源波导型偏振旋转分束器具有高偏振消光比和大的制作容差。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本申请实施例一种大制作容差高偏振消光比无源波导型偏振旋转分束器结构示意图；
[0030]图2为本申请实施例中的浅刻蚀波导截面结构示意图；
[0031]图3为本申请实施例中的深刻蚀波导截面结构示意图；
[0032]图4为本申请实施例中第一模式转化器的浅刻蚀波导模式有效折射率随波导宽度变化的计算结果图；
[0033]图5为本申请实施例中非对称耦合器的深刻蚀波导模式有效折射率随波导宽度变化的计算结果图；
[0034]图6为本申请实施例中偏振旋转分束器输入TE偏振光和TM偏振光时的光传输仿真结果图，其中(a)为输入TE偏振光，(b)为输入TM偏振光；
[0035]图7为本申请实施例中的光传输效率仿真结果图。
[0036]附图标记说明：
[0037]1、衬底；2、波导芯层；3、输入波导；4、第一模式转化器；5、锥形波导连接器；6、上耦合波导；7、下耦合波导；8、第二模式转化器；9、1
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1多模干涉耦合器；10、上输出波导；11、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大制作容差高偏振消光比无源波导型偏振旋转分束器，其特征在于，包括衬底、波导芯层和盖层；所述衬底用于承载所述波导芯层，所述盖层用于覆盖所述波导芯层，所述波导芯层位于所述衬底和所述盖层之间；所述波导芯层包括输入波导、第一模式转化器、锥形波导连接器、非对称耦合器、模式滤波器、上输出波导和下输出波导；所述输入波导用于输入TE基模偏振光和TM基模偏振光；所述第一模式转化器用于将所述TM基模偏振光转化为TE高阶模式偏振光；所述非对称耦合器用于将所述TE高阶模式偏振光耦合为TE基模偏振光；所述非对称耦合器包括上耦合波导和下耦合波导，所述锥形波导连接器用于第一模式转化器与下耦合波导的连接；所述下耦合波导用于传输由所述输入波导输入的所述TE基模偏振光和输入波导中所述TM基模偏振光经第一模式转化器转化成的TE高阶模式偏振光；所述上耦合波导用于传输经耦合得到的TE基模偏振光，所述上耦合波导与所述上输出波导连接；所述模式滤波器包括第二模式转化器和1
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1多模干涉耦合器，所述1
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1多模干涉耦合器与所述下输出波导连接；所述第二模式转化器用于将所述下耦合波导中剩余的TM基模偏振光转化为TE高阶模式偏振光；所述1
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1多模干涉耦合器用于滤除所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆巧银，戴向阳，国伟华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：