[发明专利]基于纳米线波导的波长和偏振定向耦合器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成光器件领域，特别是涉及基于纳米线波导的波长和偏振定向耦合器及其制造方法。

背景技术

波长信号分离器(Wavelength signal division)/波长信号合波器(Wavelength signal synthesizer)是光通信和光信息处理系统中非常重要的器件，即将一束包含两种不同波长的光信号按波长分离为两路/合并为一路输出的滤波器。

随着光通信系统容量的不断扩大和光集成度的不断提高，对于波长信号分离器的小尺度要求越来越高。在过去几年中，基于光子晶体(PCs)的波长分离/合波器被设计成了不同结构，具有代表性的如下：

文献1【M.Koshiba，“Wavelength division multiplexing anddemultiplexing with photonic crystal waveguide couplers，”J.LightwaveTechnol 19，1970-1975(2001)】

文献2【S.Boscolo，M.Midrio，and C.G.Someda，“Coupling anddecoupling of electromagnetic waves in parallel 2D photonic crystalwaveguides”，IEEE J.Quantum Elect.38，47-53(2002)】

文献1和文献2中，在硅基二维圆柱正方晶格光子晶体中，引入两条相邻的线缺陷，实现分波和合波。

文献3【J.Smajic，C.Hafner，and D.Erni，“On the design of photoniccrystal multiplexers”，Opt.Express 11，566-571(2003)】，在硅基二维圆柱正方晶格光子晶体上，点缺陷和线缺陷结合的不同通道波长分离/组合。

文献4【F.S.S.Chien，Y.J Hsu，W.F.Hsieh，and S.C.Cheng，“Dualwavelength demultiplexing by coupling and decoupling of photoniccrystal waveguides”，Opt.Express 12，1119-1125(2003)】，在二维硅三角晶格介质柱中，引入条状线缺陷和环状线缺陷结合的办法，来实现分波/合波功能。

文献5【“High efficiency photonic crystal based wavelengthdemultiplexer，”Opt.Express 14，7931-7942(2006)】，在二维氮化硅三角晶格中，点缺陷和线缺陷结合的波长分离/组合。

文献6【Wanwen Huang，Yao Zhang，and Baojun Li，“Ultracompactwavelength and polarization splitters in periodic dielectric waveguides”，Opt.Express 16，1600(2008)】，用两条平行的周期介质圆柱的组合来实现波长(偏振)分波/合波功能。

然而，基于光子晶体的设备有一个内在的劣势，该装置的结构必须遵循光子晶体的晶格方向，而光子晶体的结构比较复杂，因此制作较困难。此外，基于光子晶体的设备需要宽大的光子晶体衬底(至少有数个晶格常数)，在横向尺度上通常是占有很大的空间。这些对于高度集成的光子集成电路来说可能带来不便。

此外，文献7【Daoxin Dai and John E.Bowers“Novel concept forultracompact polarization splitter-rotator based on silicon nanowires”Optics Express，19，10940-10949(2011)】，虽然也讨论了Si基纳米线按偏振分波的定向耦合器，但是它们的整体结构都是100μm左右，而且只能在偏振上进行分波。

综上所述，现有的分波/合波器普遍存在制作困难、尺寸较大的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于纳米线波导的波长和偏振定向耦合器及其制造方法，结构简单，易于实现，尺寸较小，透光率较高，能够降低生产成本，能实现1.31μm和1.55μm光波长的分离/合并功能，还能实现在1.55μm波长下的TE/TM偏振分离功能。