一种大容差偏振旋转分束器制造技术

本发明专利技术关于一种大容差偏振旋转分束器，涉及无源光学元器件技术领域。包括第一偏振旋转区、绝热耦合器和滤波区；偏振旋转区和绝热耦合器的直通波导连接；滤波区与绝热耦合器的直通波导连接；第一偏振旋转区将入射的TM基模旋转为TE高阶模，入射的TE基模偏振态不发生变化；绝热耦合器将TE高阶模耦合到交叉波导的TE基模，入射的TE基模从直通波导输出；滤波区滤除直通波导输出的TE高阶模和TM基模。本发明专利技术输入的TM基模演化为TE高阶模，该TE高阶模经过绝热耦合器耦合到交叉波导的TE基模输出；输入的TE基模从直通波导输出。本发明专利技术无源片上偏振旋转分束器具有大的制作容差和工作带宽，表现出优异的偏振消光性能。优异的偏振消光性能。优异的偏振消光性能。

【技术实现步骤摘要】
一种大容差偏振旋转分束器


[0001]本专利技术涉及无源光学元器件
，具体为一种大容差偏振旋转分束器。

技术介绍

[0002]随着5G、物联网、人工智能等新一代信息技术的发展，对光通信容量和功耗提出了更高的要求。当单通道数据传输速度达到极限值时，偏振复用可以有效地增加通信容量。偏振旋转分束器是偏振复用的核心器件，分离相互垂直的两种偏振态模式，同时对其中一种偏振态进行旋转，使得系统只需要对同一种偏振态进行操控。近年来，相干光通信系统向集成化、小型化、低成本的方向发展，具有大带宽和大工艺容差的片上高性能偏振旋转分束器是相干收发集成芯片走向应用的关键器件。
[0003]实现偏振旋转分束器的方式主要包含模式耦合和模式演化，区别在于是否引入TE高阶模。模式耦合基于双波导耦合系统中存在TE基模和TM基模的杂化超模来实现偏振旋转分束，对于常用的薄膜波导来讲，只有波导宽度小于波导厚度时才可能出现正交基模的杂化，尺寸小但结构复杂制作难度高；模式演化基于TM基模与TE高阶模实现偏振旋转，再通过一个耦合器实现TE基模和TE高阶模的分离。基于模式演化的偏振旋转分束器降低了工艺难度，具有更大的制作容差。
[0004]基于模式演化的偏振旋转分束器结构主要包括两部分，偏振旋转和耦合分束。偏振旋转的实现依赖于非对称波导结构中TM基模与TE高阶模的混杂模式，基于该模式的绝热演化，在由窄变宽的锥形波导中实现TM基模向TE高阶模的演化，该过程基于绝热演化，通过合适的始末宽度设计很容易实现大的带宽和制作容差。耦合分束具有多种选择：非对称定向耦合器，多模干涉耦合器以及Y分支。非对称定向耦合器和多模干涉耦合器的长度依赖于TE高阶模和TE基模的传播常数差，只有满足实现固定相位差的长度才能实现高的耦合效率，当波导宽度变化导致折射率差改变时，所设计长度不能很好的完成耦合，导致输出端口偏振消光比的下降。Y分支的极窄间隙加大了制作难度，不完美的制作极易增大传输模式的损耗。
[0005]因此，如何提供一种具有大制作容差的偏振旋转分束器成为了本领域技术人员急需解决的技术问题

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种大制作容差的偏振旋转分束器，目的在于增大制作容差，提高波长不敏感性，提高两个端口的偏振消光比，利用快速、低成本的光刻技术即可使器件达到应用要求。
[0007]为达上述目的，本专利技术提供了一种大容差偏振旋转分束器，包括：第一偏振旋转区、绝热耦合器和滤波区；所述偏振旋转区和所述绝热耦合器的直通波导之间通过第一锥形波导连接；所述滤波区连接在所述绝热耦合器远离所述第一偏振旋转区的一端；
[0008]所述第一偏振旋转区用于将入射的TM基模旋转为TE高阶模，入射的TE基模偏振态
不发生变化；
[0009]所述绝热耦合器包括直通波导和交叉波导；
[0010]所述交叉波导位于直通波导的一侧，根据直通波导与交叉波导的位置关系，将直通波导与交叉波导之间的区域分为靠近区、耦合区和远离区；
[0011]所述绝热耦合器用于将TE高阶模耦合到所述交叉波导的TE基模，入射的TE基模从所述直通波导输出；
[0012]所述滤波区用于滤除所述直通波导输出的TE高阶模和TM基模；
[0013]所述耦合区中间位置的所述直通波导中的TE高阶模和所述交叉波导中的TE基模满足相位匹配关系。
[0014]进一步的，所述滤波区包括第一1
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1多模干涉耦合器、第二偏振旋转区和第二1
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1多模干涉耦合器；所述第一1
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1多模干涉耦合器和所述第二偏振旋转区之间通过第二锥形波导连接；所述第二1
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1多模干涉耦合器连接在所述第二偏振旋转区远离所述第一1
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1多模干涉耦合器的一端；
[0015]所述第一1
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1多模干涉耦合器用于滤除TE高阶模；
[0016]所述第二偏振旋转区用于将所述直通波导输出的TM基模旋转为TE高阶模；
[0017]所述第二个1
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1多模干涉耦合器用于滤除所述第二偏振旋转区之后的TE高阶模式。
[0018]进一步的，所述第一偏振旋转区为宽度由窄变宽的锥形波导。
[0019]进一步的，所述靠近区和所述远离区的所述直通波导和所述交叉波导宽度固定。
[0020]进一步的，所述耦合区的所述直通波导和所述交叉波导均是宽度渐变的锥形波导，所述耦合区的所述直通波导宽度由宽变窄，所述耦合区的所述交叉波导宽度由窄变宽。
[0021]进一步的，所述耦合区末端的所述直通波导的宽度大于所述交叉波导的宽度。
[0022]进一步的，所述耦合区中间位置的所述直通波导的宽度大于所述交叉波导的宽度。
[0023]进一步的，所述滤波区的第二偏振旋转区为宽度由窄变宽的锥形波导。
[0024]本专利技术的有益效果在于：
[0025]本专利技术提出了一种具有大制作容差的片上偏振旋转分束器，包含偏振旋转区、绝热耦合器和滤波区。输入的TM偏振光经过第一偏振旋转区变为TE高阶模，该TE高阶模经过绝热耦合器耦合到TE基模输出；输入的TE偏振光经过第一偏振旋转区和绝热耦合器不改变偏振态，以TE基模从直通输出。绝热耦合器远离区直通波导宽度大于交叉波导宽度，确保TE基模对交叉输出端口具有极小的串扰，提高交叉输出端口的偏振消光比；滤波区级联了第一1
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1多模干涉耦合器、第二偏振旋转区和第二1
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1多模干涉耦合器，滤除未耦合的TE高阶模以及未旋转的TM基模。本专利技术的无源片上偏振旋转分束器具有大的制作容差和工作带宽，并表现出了优异的偏振消光性能。
附图说明
[0026]图1为本申请实施例一种大制作容差的片上偏振旋转分束器结构示意图；
[0027]图2为本申请实施例中的部分刻蚀脊波导横截面结构示意图；
[0028]图3为本申请实施例中的全部刻蚀条形波导横截面结构示意图；
[0029]图4为本申请实施例中偏振旋转区脊波导的模式有效折射率随脊波导宽度的变化曲线图；
[0030]图5为本申请实施例中全部刻蚀条形波导模式有效折射率随条形波导宽度的变化曲线图；
[0031]图6为本申请实施例中偏振旋转分束器的光传输仿真结果图；
[0032]图7为本申请实施例中偏振旋转分束器的模式传输随波长的变化图。
[0033]图8为本申请实施例中偏振旋转分束器的模式传输随器件整体宽度改变量的变化图。
[0034]其中，图中：
[0035]1、第一偏振旋转区；2、第一锥形波导；3、绝热耦合器；4、直通波导；5、交叉波导；6、靠近区；7、耦合区；8、远离区；9、第一1
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1多模干涉耦合器；10、第二锥形波导；11、第二偏振旋转区；12、第二1
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1多模干涉耦合器；13、波导层；14、部分刻蚀波导的平板；15、波导衬底；16、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大容差偏振旋转分束器，其特征在于，包括：第一偏振旋转区、绝热耦合器和滤波区；所述偏振旋转区和所述绝热耦合器的直通波导之间通过第一锥形波导连接；所述滤波区连接在所述绝热耦合器远离所述第一偏振旋转区的一端；所述第一偏振旋转区用于将入射的TM基模旋转为TE高阶模，入射的TE基模偏振态不发生变化；所述绝热耦合器包括直通波导和交叉波导；所述交叉波导位于直通波导的一侧，根据直通波导与交叉波导的位置关系，将直通波导与交叉波导之间的区域分为靠近区、耦合区和远离区；所述绝热耦合器用于将TE高阶模耦合到所述交叉波导的TE基模，入射的TE基模从所述直通波导输出；所述滤波区用于滤除所述直通波导输出的TE高阶模和TM基模；所述耦合区中间位置的所述直通波导中的TE高阶模和所述交叉波导中的TE基模满足相位匹配关系。2.如权利要求1所述的一种大容差偏振旋转分束器，其特征在于，所述滤波区包括第一1
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1多模干涉耦合器、第二偏振旋转区和第二1
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1多模干涉耦合器；所述第一1
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1多模干涉耦合器和所述第二偏振旋转区之间通过第二锥形波导连接；所述第二1
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1多模干涉耦合器连接在所述第二偏振旋转区远离所述第一...

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