一种集成光模式转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种集成光模式转换器，属于集成光信息处理技术领域，包括以绝热锥形波导连接的偏振分离旋转器和波导表面全息光栅，绝热锥形波导设有两个，分别连接偏振分离旋转器的两个输出端口和波导表面全息光栅的两个输入端口；集成光经过偏振分离旋转器分离成两个存在于不同波导中的TE模式光，再经过两个绝热锥形波导分别耦合到波导表面全息光栅的两个输入端口，经过波导表面全息光栅的衍射作用生成自由空间中具有不同拓扑电荷的轨道角度量光；本发明专利技术将偏振分离旋转器和波导表面全息光栅进行组合，实现了集成光的偏振模式光和自由空间光的轨道角度量光的转换，建立两者之间的信息交互通道。信息交互通道。信息交互通道。

【技术实现步骤摘要】
一种集成光模式转换器


[0001]本专利技术涉及一种集成光模式转换器，属于集成光信息处理


技术介绍

[0002]在基于SOI平台的集成光子芯片开发中，波导模式的偏振态引起了人们的广泛关注，它既会在波导传输中引入模式色散又可以用来编码信息；Si(n＝3.476)和SiO2(n＝1.444)之间的大折射率差使得集成光子器件对偏振具有很高的敏感性，在基于偏振模式编码的信息处理中具有很好的潜在应用；在解决偏振敏感问题时为了获得所需的偏振模式，提出了偏振分离器旋转器(PSR)；近年来，已经出现了多种类型的偏振分离器旋转器，如非对称定向偏振耦合器(ADC)、非对称Y形偏振分离器、MMI偏振管理器等。
[0003]自由空间光信息不同于集成光子芯片，在信息处理中存在很多差异，为实现自由空间光和集成光的兼容，需要将他们之间的信息建立连接和互通。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种集成光模式转换器，实现集成光和自由空间光之间的模式转换。
[0005]为实现以上目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供了一种集成光模式转换器，包括以绝热锥形波导连接的偏振分离旋转器和波导表面全息光栅，绝热锥形波导设有两个，分别连接偏振分离旋转器的两个输出端口和波导表面全息光栅的两个输入端口；
[0007]集成光经过偏振分离旋转器分离成两个存在于不同波导中的TE模式光，再经过两个绝热锥形波导分别耦合到波导表面全息光栅的两个输入端口，经过波导表面全息光栅的衍射作用生成自由空间中具有不同拓扑电荷的轨道角度量光。
[0008]进一步的，所述偏振分离旋转器由主波导和旁波导组成；
[0009]主波导的输入端是矩形波导，耦合区域是部分刻蚀的锥波导且刻蚀宽度逐渐增大，锥波导的宽度W
t
从W1逐渐减小到W3,耦合区域的末端是部分刻蚀的S弯波导且刻蚀宽度不变，为W3，在输出端前连接部分刻蚀的反相锥波导且刻蚀宽度逐渐减小，最后在输出端恢复成矩形波导；
[0010]旁波导是矩形波导，但在旁波导的输出端变化为锥波导且波导宽度逐渐变化到与主波导相同的宽度。
[0011]进一步的，所述偏振分离旋转器的两个输出端口具有相同的宽度。
[0012]进一步的，偏振分离旋转器的输出端口和波导表面全息光栅的输入端口通过绝热锥形波导进行匹配连接，将窄波导的TE模式光绝热变换为宽波导的TE模式光。
[0013]进一步的，所述波导表面全息光栅采用的条纹是波导中时间反转的TE模式光和垂直于波导表面的具有拓扑电荷为+1的轨道角度量光干涉形成的条纹，所述轨道角度量光的束腰位于波导表面。
[0014]进一步的，所述集成光模式转换器基于硅波导制作而成，在1530nm
‑
1565nm的波长范围内具有高转换效率和低损耗的特点，能够工作于C波段。
[0015]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0016]本专利技术提供的一种集成光模式转换器，将偏振分离旋转器和波导表面全息光栅进行组合，集成光经过偏振分离旋转器分离成两个存在于不同波导中的TE模式光，再经过两个绝热锥形波导分别耦合到波导表面全息光栅的两个输入端口，经过波导表面全息光栅的衍射作用生成自由空间中具有不同拓扑电荷的轨道角度量光，实现了集成光的偏振模式光和自由空间光的轨道角度量光的转换，实现集成光和自由空间光之间的模式转换，从而建立两者之间的信息交互通道，为集成光子芯片与自由空间光的信息编码转换提供了一条新思路；
[0017]本专利技术提供的一种集成光模式转换器，尺寸是微米级，可以和集成光学器件兼容，具有可集成性和扩展性好等特点。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例提供的一种集成光模式转换器的结构示意图；
[0019]图2是本专利技术实施例提供的主波导和旁波导中TM、TE模式光有效折射率随波导宽度变化示意图；
[0020]图3是本专利技术实施例提供的PCE、ER
t
、ER
r
随偏振分离旋转器主波导刻蚀宽度的变化关系图；
[0021]图4是本专利技术实施例提供的绝热锥形波导的TE模式光透过率(T)和消光比(ER)与锥形波导角度(θ
t
)之间的关系图；
[0022]图5是本专利技术实施例提供的波导表面全息光栅衍射生成的涡旋光的保真度及衍射效率和光栅尺寸的关系图；
[0023]图6是本专利技术实施例提供的输入TM、TE模式光时生成轨道角度量光的保真度与光波长的关系图；
[0024]图7是本专利技术实施例提供的集成光模式转换器的模式转换过程示意图；
[0025]图8是本专利技术实施例提供的波长1550nm下输入TM和TE模式光经过POAMC生成的OAM光的场强及相位图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0027]如图1所示，本专利技术实施例提供的一种集成光模式转换器(POAMC)，是将偏振分离旋转器(PSR)和波导表面全息光栅(WGSHG)通过绝热锥形波导有机结合组成而成。
[0028]模式转换器的材质是Si材料，放置在SiO2基底上，Si材料的厚度为0.22μm。
[0029]偏振分离旋转器包括主波导和旁波导，主波导的宽度为0.6μm，旁波导的宽度为0.3μm，主波导的渐变刻蚀深度为0.07μm，刻蚀宽度从0.6μm逐渐变化到0.375μm，渐变长度为7.5μm；偏振分离旋转器的两个输出端口具有相同的宽度，为0.6μm。
[0030]绝热锥形波导设有两个，分别连接偏振分离旋转器的两个输出端口和波导表面全
息光栅的两个输入端口；绝热锥形波导的锥角为10
°
，长度为14.86μm。
[0031]波导表面全息光栅的长宽均为3.2μm，刻蚀深度为0.07μm，有效折射率为2.58。
[0032]在偏振分离旋转器部分采用锥形刻蚀波导以缩短耦合区域的长度。入射的集成光的TM、TE模式光经过偏振分离旋转器后分离到两个波导(主波导和旁波导)中，输出波导宽度都为0.6μm，且都为TE模式光；将输入的TM模式光耦合到旁波导(WG2)且转换为TE模式光，转换效率为82％，而输入的TE模式光继续沿主波导(WG1)传输。
[0033]将偏振分离旋转器两个端口输出的TE模式光经过两个绝热锥形波导分别耦合到波导表面全息光栅的两个输入端口(port1、port2)，即将偏振分离旋转器两个端口输出的TE模式光高效绝热的衍化为与波导表面全息光栅两输入端口向匹配的TE模式光，转换效率为98.7％，同时滤除TM模式光，提高波导表面全息光栅生成涡旋光的保真度和消光比。
[0034]经过两个绝热锥形波导的TE模式光再经过波导表面全息光栅的衍射作用生成自由空间中具有不同拓扑电荷(l＝
‑
1和l＝+1)的轨道角度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成光模式转换器，其特征在于，包括以绝热锥形波导连接的偏振分离旋转器和波导表面全息光栅，绝热锥形波导设有两个，分别连接偏振分离旋转器的两个输出端口和波导表面全息光栅的两个输入端口；集成光经过偏振分离旋转器分离成两个存在于不同波导中的TE模式光，再经过两个绝热锥形波导分别耦合到波导表面全息光栅的两个输入端口，经过波导表面全息光栅的衍射作用生成自由空间中具有不同拓扑电荷的轨道角度量光。2.根据权利要求1所述的一种集成光模式转换器，其特征在于，所述偏振分离旋转器由主波导和旁波导组成；主波导的输入端是矩形波导，耦合区域是部分刻蚀的锥波导且刻蚀宽度逐渐增大，耦合区域的末端是部分刻蚀的S弯波导且刻蚀宽度不变，在输出端前连接部分刻蚀的反相锥波导且刻蚀宽度逐渐减小，最后在输出端恢复成矩形波导；旁波导是矩形波导，但在旁波导的输出端变化为锥波导且波导宽度逐渐变化到...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱萍，彭伟，张春辉，王琴，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：