一种硅基集成的高性能偏振分束器制造技术

本发明专利技术涉及一种硅基集成的高性能偏振分束器，包括设置在二氧化硅包层内的输入波导、耦合波导和三个各向异性波导，所述输入波导、耦合波导和各向异性波导在同一平面内并排设置，所述输入波导和耦合波导一一对应嵌入设置在三个各向异性波导形成的两条狭缝中；位于外侧的所述各向异性波导用于限制入射光的倏逝场，使入射光沿输入波导或耦合波导传播；位于中间的所述各向异性波导用于将入射光中的TM偏振光耦合到所述耦合波导中；所述输入波导的输出端输出TE偏振光，所述耦合波导的输出端输出TM偏振光。本发明专利技术的偏振分光器结构简单、分光效率高、偏振消光比高，提升了偏振分集系统的性能。的性能。的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基集成的高性能偏振分束器


[0001]本专利技术涉及光通信
，尤其是集成光子器件
，具体涉及一种硅基集成的高性能偏振分束器。

技术介绍

[0002]偏振分束器是集成光学系统中的关键器件，由于集成波导普遍存在偏振相关性，不同偏振态的入射光具有不同的损耗和相移，使得光信号无法稳定传输或被处理。为了解决这个问题，人们提出偏振分集的方法，首先将入射光分解为两个互相正交的偏振光，称为TE偏振光和TM偏振光，然后分别对其进行处理。偏振分集系统中的核心器件即为偏振分束器。目前的偏振分束器方案主要有定向耦合型和模式演化型，前者结构简单但偏振串扰较大，后者带宽大但是尺寸较大。现有技术又提出了一种基于狭缝波导的锥形偏振分束器，该方案需采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)工艺生长多层不同材料，其结构复杂、导致制作工艺要求较高，难以控制。
[0003]因此，有必要开发一种结构简单、偏振消光比高的偏振分光器，以提升偏振分集系统的性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种硅基集成的高性能偏振分束器，其解决了现有的偏振分光器结构复杂、偏振消光比较低的问题，提升了偏振分集系统的性能。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006]一种硅基集成的高性能偏振分束器，包括设置在二氧化硅包层内的输入波导、耦合波导和三个各向异性波导，所述输入波导、耦合波导和各向异性波导在同一平面内并排设置，三个所述各向异性波导形成两条狭缝，所述输入波导嵌入设置在其中一条狭缝中，所述耦合波导嵌入设置在另一条狭缝中；；
[0007]位于外侧的所述各向异性波导用于限制入射光的倏逝场，使入射光沿输入波导或耦合波导传播；位于中间的所述各向异性波导用于将入射光中的TM偏振光耦合到所述耦合波导中；
[0008]所述输入波导的输出端输出TE偏振光，所述耦合波导的输出端输出TM偏振光。
[0009]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0010]优选的，还包括TE光输出波导和TM光输出波导，所述TE光输出波导与输入波导的输出端对接，所述TM光输出波导与耦合波导的输出端对接。
[0011]优选的，所述TE光输出波导和/或TM光输出波导为弧形，所述TE光输出波导的输出端和TM光输出波导的输出端趋于远离。
[0012]优选的，所述TE光输出波导和/或TM光输出波导的弯曲半径范围为15μm～25μm。
[0013]优选的，以垂直于所述输入波导、耦合波导和各向异性波导所在平面的方向作为
高度方向，所述输入波导、耦合波导和各向异性波导的高度相等。
[0014]优选的，所述各向异性波导包括多条并排、且等间距周期性设置的狭缝波导，所述周期为相邻狭缝波导中心线之间的距离。
[0015]优选的，所述狭缝波导的占空比范围为0.4～0.6，所述占空比为单个周期内所述狭缝波导的尺寸占比。
[0016]优选的，所述输入波导和耦合波导垂直于光轴的截面尺寸相同。
[0017]优选的，所述输入波导、耦合波导、各向异性波导、TE光输出波导和TM光输出波导的材料硅。
[0018]优选的，所述各向异性波导沿光轴方向的长度范围为13μm～15μm。
[0019]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的硅基集成的高性能偏振分束器，利用了各向异性波导具有的强烈双折射效应，位于输入波导和耦合波导之间的各向异性波导将入射光分为TE偏振光和TM偏振光，TE偏振光继续沿输入波导传播，TM偏振光经过中间位置的各向异性波导后耦合到耦合波导中进行传播，实现了入射光的高效率分束；同时，位于输入波导外侧的各向异性波导限制入射光的倏逝场，使入射光沿输入波导传播、或沿中间位置的各向异性波导向耦合波导传播；位于耦合波导外侧的各向异性波导用来保证波导结构对称性，防止波导截面形状突变时激发其他模式，产生串扰。本专利技术的偏振分束器有效降低了光功率损耗，提高了偏振分束器的偏振消光比；器件具有二氧化硅包层，和其他硅基波导器件的兼容性更好。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的一种硅基集成的高性能偏振分束器内部结构俯视图；
[0021]图2为本专利技术的一种硅基集成的高性能偏振分束器光路传播示意图；
[0022]图3为本专利技术的一种硅基集成的高性能偏振分束器垂直于光轴方向的耦合区截面图；
[0023]图4(a)为本专利技术某一优选实施例的TE偏振光传播仿真图；图4(b)为本专利技术某一优选实施例的TM偏振光传播仿真图。
[0024]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0025]1、二氧化硅包层，2、输入波导，3、耦合波导，4、各向异性波导，401、第一各向异性波导，402、第二各向异性波导，403、第三各向异性波导，5、输出波导，501、TE光输出波导，502、TM光输出波导。
具体实施方式
[0026]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0027]如图1所示为本实施例提供的一种硅基集成的高性能偏振分束器内部结构俯视图。如图1所示，本实施例提供的一种硅基集成的高性能偏振分束器，包括设置在二氧化硅包层1内的输入波导2、耦合波导3和三个各向异性波导4，所述输入波导2、耦合波导3和各向异性波导4在同一平面内并排设置，三个所述各向异性波导4形成两条狭缝，所述输入波导2嵌入设置在其中一条狭缝中，所述耦合波导3嵌入设置在另一条狭缝中；
[0028]位于输入波导2外侧的所述各向异性波导4用于限制入射光中TE偏振光的倏逝场，使入射光中TE偏振光沿输入波导2传播；位于中间的所述各向异性波导4用于将入射光中的TM偏振光耦合到所述耦合波导3中；位于耦合波导3外侧的所述各向异性波导4用于保证波导截面结构对称性防止波导截面形状突变时激发其他模式，产生串扰；
[0029]所述输入波导2的输出端输出TE偏振光，所述耦合波导3的输出端输出TM偏振光。
[0030]可以理解的是，本专利技术提供的硅基集成的高性能偏振分束器，利用了各向异性波导4具有的强烈双折射效应，将入射光分解为相互正交的TE偏振光和TM偏振光，TE偏振光继续沿输入波导2传播，TM偏振光经过中间位置的各向异性波导4后耦合到耦合波导3中进行传播，实现了入射光的高效率分束。
[0031]更具体的，如图1所示，三个各向异性波导4包括并排平行设置的第一各向异性波导401、第二各向异性波导402和第三各向异性波导403，输入波导2设置在第一各向异性波导401和第二各向异性波导402之间形成的狭缝中，耦合波导3设置在第二各向异性波导402和第三各向异性波导403之间形成的狭缝中。第一各向异性波导401、第二各向异性波导402和第三各向异性波导403的两端(A端和B端)齐平，则图1中A端和B端之间的区域为该偏振分束器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基集成的高性能偏振分束器，其特征在于，包括设置在二氧化硅包层(1)内的输入波导(2)、耦合波导(3)和三个各向异性波导(4)，所述输入波导(2)、耦合波导(3)和各向异性波导(4)在同一平面内并排设置，三个所述各向异性波导(4)形成两条狭缝，所述输入波导(2)嵌入设置在其中一条狭缝中，所述耦合波导(3)嵌入设置在另一条狭缝中；位于外侧的所述各向异性波导(4)用于限制入射光的倏逝场，使入射光沿输入波导(2)或耦合波导(3)传播；位于中间的所述各向异性波导(4)用于将入射光中的TM偏振光耦合到所述耦合波导(3)中；所述输入波导(2)的输出端输出TE偏振光，所述耦合波导(3)的输出端输出TM偏振光。2.根据权利要求1所述一种硅基集成的高性能偏振分束器，其特征在于，还包括TE光输出波导(501)和TM光输出波导(502)，所述TE光输出波导(501)与输入波导(2)的输出端对接，所述TM光输出波导(502)与耦合波导(3)的输出端对接。3.根据权利要求2所述一种硅基集成的高性能偏振分束器，其特征在于，所述TE光输出波导(501)和/或TM光输出波导(502)为弧形，所述TE光输出波导(501)的输出端和TM光输出波导(502)的输出端趋于远离。4.根据权利要求3所述一种硅基集...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文昊，吴新建，王晨晟，齐志强，付奥，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：