一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器及其制备方法，包括分束器主体，所述分束器主体包括形成在薄膜铌酸锂平台上的波导层，所述薄膜铌酸锂平台上设置有缓冲层和包层，所述缓冲层位于所述波导层下方，所述包层位于所述波导层上方；所述波导层包括输入波导、第二弯曲波导、第一弯曲波导、第二输出波导和第一输出波导；输入波导、第二弯曲波导和第二输出波导固定连接，第一弯曲波导和第一输出波导固定连接。本发明专利技术既实现了器件结构的简单化，又能达到大带宽和大工艺容差的效果。又能达到大带宽和大工艺容差的效果。又能达到大带宽和大工艺容差的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及集成光学器件
，特别是涉及一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，薄膜铌酸锂逐渐发展成为热门的光子集成平台之一，目前基于薄膜铌酸锂平台已经开发出了许多的光子器件，比如电光调制器，光频梳，非线性器件等。偏振是光的一个重要的物理性质，偏振旋转分束器的作用是把一束光中的TE偏振态和TM偏振态分离开来，并同时把TM偏振转化成TE偏振。其在薄膜铌酸锂光子链路中有巨大的作用，比如通过对偏振进行调控可以实现偏振复用以提升通信容量；以及针对相干传输系统的偏振衰落进行补偿；还可以用于光子链路中的起偏器。因此高性能的偏振旋转分束器是铌酸锂光子平台不可缺少的功能器件。
[0003]目前基于铌酸锂的偏振旋转分束器的实现原理主要分为模式耦合以及模式演化。模式耦合的原理是通过合理的结构设计打破了波导水平或者垂直方向的对称性，因此可以实现不同偏振态之间的相互耦合转化。该类型器件的优点是结构简单，尺寸小。但同时缺点也很明显，严格的相位匹配条件限制了工作带宽范围以及工艺容差，并不适合大规模批量制作以及商用。
[0004]模式演化型的器件的原理通常是首先利用模式杂化效应将TM0模式演化为TE1模式，之后再进一步把TE1模式和TE0模式分离开来，通常使用的结构包括非对称定向耦合器、非对称Y分支以及多模干涉耦合器等。非对称定向耦合器的结构同样具有带宽窄，工艺容差小的缺点；非对称Y分支具有尖端尺寸小，加工较困难的缺点；而多模干涉耦合器需要首先控制相位，增加了器件结构的复杂度。
[0005]现有技术中薄膜铌酸锂平台的偏振旋转分束器虽然已经进行了一定的研究，但是目前的方案都还有其局限性。
[0006]因此亟需一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器及其制备方法，用来解决上述问题，为实现不同偏振态的基模之间的绝热演化，既可以实现了器件结构的简单化，又能达到大带宽和大工艺容差的效果。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器，包括：
[0009]分束器主体，所述分束器主体包括形成在薄膜铌酸锂平台上的波导层，所述薄膜铌酸锂平台上设置有缓冲层和包层，所述缓冲层位于所述波导层下方，所述包层位于所述波导层上方；所述波导层包括输入波导、第二弯曲波导、第一弯曲波导、第二输出波导和第
一输出波导；所述输入波导、所述第二弯曲波导和所述第二输出波导固定连接，所述第一弯曲波导和所述第一输出波导固定连接。
[0010]优选的，所述输入波导的传输方向延所述薄膜铌酸锂平台上铌酸锂晶轴的Y轴方向分布。
[0011]优选的，所述第一弯曲波导、所述第二弯曲波导的弧度为90
°
，所述第一弯曲波导、所述第二弯曲波导末端的切线方向与所述薄膜铌酸锂平台上铌酸锂晶轴的Z轴方向平行设置。
[0012]优选的，所述第一弯曲波导的宽度小于所述第二弯曲波导的宽度。
[0013]优选的，所述第一弯曲波导、所述第二弯曲波导的曲率半径为恒定或者变化的。
[0014]优选的，所述第一弯曲波导与所述第二弯曲波导之间的距离大于0且小于1μm。
[0015]优选的，所述第二弯曲波导与所述第一弯曲波导之间的距离小于所述第二输出波导与所述第一输出波导之间的距离。
[0016]优选的，所述包层、所述缓冲层的折射率小于所述薄膜铌酸锂平台上铌酸锂的折射率。
[0017]优选的，所述分束器主体的工作波段范围为1200nm至2000nm。
[0018]一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器制备方法，包括以下步骤：
[0019]S1、掩模制作：在薄膜铌酸锂平台表面制备掩模；
[0020]S2、波导制作：根据S中的掩模在薄膜铌酸锂平台表面制备波导层；
[0021]S3、包层覆盖：在S2中形成的波导层上方覆盖包层。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0023]1、本专利技术提供的一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器及其制备方法，在薄膜铌酸锂平台上利用超模波导实现了基模的偏振旋转以及分束，无需经过高阶模，既保证了器件的高工作带宽和大制作容差，又简化了结构，节省器件尺寸，有助于和其他器件单片集成共同构成薄膜铌酸锂集成光子回路。
[0024]2、本专利技术提供的一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器及其制备方法，采用标准半导体工艺对器件进行加工制备，工艺技术较为成熟，可以降低成本，提升器件的批量生产能力。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将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仅是本专利技术的一些实施例，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：
[0026]图1为本专利技术分束器主体的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术薄膜铌酸锂芯片的截面结构示意图；
[0028]图3为本专利技术超模波导传输方向沿Y轴时模式分布图；
[0029]图4为本专利技术超模波导传输方向沿Z轴时模式分布图；
[0030]图5为本专利技术分束器主体的透射谱测试曲线；
[0031]图6为本专利技术分束器主体的工艺流程图；
[0032]其中，1、输入波导；2、第二弯曲波导；3、第一弯曲波导；4、第二输出波导；5、第一输出波导；6、包层；7缓冲层。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0035]参考图1
‑
5，本专利技术提供一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器，包括：
[0036]分束器主体，分束器主体包括形成在薄膜铌酸锂平台上的波导层，薄膜铌酸锂平台上设置有缓冲层7和包层6，缓冲层7位于波导层下方，包层6位于波导层上方；波导层包括输入波导1、第二弯曲波导2、第一弯曲波导3、第二输出波导4和第一输出波导5；输入波导1、第二弯曲波导2和第二输出波导4固定连接，第一弯曲波导3和第一输出波导5固定连接。
[0037]分束器主体的工作原理：输入光的TE偏振分量进入波导层后，其激发的模式为波导层的一阶模，能量主要分布在第二弯曲波导2中，且为TE偏振态，在传输过程中模式不会发生变化，并最终从第二输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器，其特征在于，包括：分束器主体，所述分束器主体包括形成在薄膜铌酸锂平台上的波导层，所述薄膜铌酸锂平台上设置有缓冲层(7)和包层(6)，所述缓冲层(7)位于所述波导层下方，所述包层(6)位于所述波导层上方；所述波导层包括输入波导(1)、第二弯曲波导(2)、第一弯曲波导(3)、第二输出波导(4)和第一输出波导(5)；所述输入波导(1)、所述第二弯曲波导(2)和所述第二输出波导(4)固定连接，所述第一弯曲波导(3)和所述第一输出波导(5)固定连接。2.根据权利要求1所述的一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器，其特征在于：所述输入波导(1)的传输方向延所述薄膜铌酸锂平台上铌酸锂晶轴的Y轴方向分布。3.根据权利要求2所述的一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器，其特征在于：所述第一弯曲波导(3)、所述第二弯曲波导(2)的弧度为90
°
，所述第一弯曲波导(3)、所述第二弯曲波导(2)末端的切线方向与所述薄膜铌酸锂平台上铌酸锂晶轴的Z轴方向平行设置。4.根据权利要求3所述的一种超大带宽的薄膜铌酸锂偏振旋转分束器，其特征在于：所述第一弯曲波导(3)的宽度小于所述第二弯曲波导(2)的宽度。5.根据权利要求4所述的一种超大带宽的薄膜铌...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁帅，陶诗琦，孙昊骋，
申请(专利权)人：武汉安湃光电有限公司，
类型：发明
国别省市：