[发明专利]一种小型化高偏振消光比的多分支光波导芯片

权利要求书

1.一种小型化高偏振消光比的多分支光波导芯片，其特征在于，所述芯片包括设置在芯片表面的凹槽，使得有效阻隔平行于芯片表面的TM辐射模式再耦合入输出光纤，

所述凹槽包括第一凹槽，所述第一凹槽根据光传输的光阑理论，设置在多分支光波导的分叉处以及与芯片端面平行的方向，使得输出光纤的集光区域位于由第一凹槽形成的光阑孔径处穿过的TM辐射模式的阴影区，第一凹槽包括由多分支光波导隔开的m段凹槽，其中，m＝M+1，M为多分支光波导的分支数，

所述第一凹槽的边缘与所述芯片的质子交换区的相对位置为：第一凹槽的边缘距质子交换区的距离至少5μm，

所述第一凹槽的位置具体由如下步骤确定：

建立芯片坐标系，根据光束在凹槽边缘的衍射理论，在满足所述第一凹槽的边缘与交换区相对位置的前提下，第一凹槽的几何遮光区域在芯片输出端的投影长度wy为：

其中，w1为第一凹槽的分支波导中间凹槽的长度，δc为芯片的端面切割角度，l1为第一凹槽距芯片输入端的距离，L为芯片的长度，投影长度wy应大于波导输出分支的间距w0，则第一凹槽距芯片输入端的临界位置l1₀为：

所述第一凹槽中的分支波导外侧的两个凹槽用于阻隔辐射至质子交换区外侧的部分TM模式，防止经芯片端面反射后耦合入输出端。

2.一种小型化高偏振消光比的多分支光波导芯片，其特征在于，所述芯片的厚度为d，其中dd_min，d_min为TM模式经芯片底面中心反射后到达输出光纤的最小入射角δw_min等于输出光纤的孔径角δ0时，芯片厚度的取值；

所述芯片包括设置在芯片表面的凹槽，使得有效阻隔平行于芯片表面的TM辐射模式再耦合入输出光纤，

所述凹槽包括第一凹槽，所述第一凹槽根据光传输的光阑理论，设置在多分支光波导的分叉处以及与芯片端面平行的方向，使得输出光纤的集光区域位于由第一凹槽形成的光阑孔径处穿过的TM辐射模式的阴影区，第一凹槽包括由多分支光波导隔开的m段凹槽，其中，m＝M+1，M为多分支光波导的分支数，

所述第一凹槽的边缘与所述芯片的质子交换区的相对位置为：第一凹槽的边缘距质子交换区的距离至少5μm，

所述第一凹槽的位置具体由如下步骤确定：

建立芯片坐标系，根据光束在凹槽边缘的衍射理论，在满足所述第一凹槽的边缘与交换区相对位置的前提下，第一凹槽的几何遮光区域在芯片输出端的投影长度wy为：

其中，w1为第一凹槽的分支波导中间凹槽的长度，δc为芯片的端面切割角度，l1为第一凹槽距芯片输入端的距离，L为芯片的长度，投影长度wy应大于波导输出分支的间距w0，则第一凹槽距芯片输入端的临界位置l1₀为：

所述第一凹槽中的分支波导外侧的两个凹槽用于阻隔辐射至质子交换区外侧的部分TM模式，防止经芯片端面反射后耦合入输出端。

3.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，所述芯片厚度d具体由如下步骤确定：

输出光纤的数值孔径NA为：

NA＝nsinδ0 (1)

由等式(1)可以得到输出光纤的孔径角δ0为：

δ0＝arcsin(NA/n) (2)

根据反射定律，TM模式在芯片底面中心反射会形成最小入射角δw_min，其与芯片的厚度d关系为：

其中，n为TM模式在芯片衬底中的折射率，L为芯片的长度，

为了抑制经芯片底面反射的TM模式再耦合入输出光纤，需使得TM模式经芯片底面中心反射后到达输出光纤的TM模式的最小入射角δw_min大于输出光纤的孔径角δ0，即，

在芯片的长度L一定的条件下，满足δw_minδ0的芯片厚度dd_min，其中：

4.根据权利要求1-3之一所述的芯片，其特征在于，所述凹槽包括第二凹槽，所述第二凹槽根据光纤的数值孔径角机理，设置在多分支光波导的分叉支路的中间，以阻止TM辐射模式从位于分支波导中间的第一凹槽边缘发生衍射并传输至芯片的输出端。