[发明专利]偏振光检测方法、光子集成芯片及探测器

说明书

本公开提供一种偏振光检测方法，包括：将入射偏振光处理为TE偏振光和TM偏振光；调控所述TE偏振光和TM偏振光之间的相位差并进行合成获得相位差连续改变的全相位调制偏振光；探测所述全相位调制偏振光作用于谷赝自旋材料时产生的谷霍尔电流，从而获得入射偏振光中TE偏振光分量和TM偏振光分量之间相位差；探测所述TE偏振光和TM偏振光的光强；以及根据所述TE偏振光和TM偏振光的光强，以及所述相位差获得初始入射偏振光的椭偏度。同时本公开还提供一种偏振光检测光子集成芯片及探测器。

技术领域

本公开涉及半导体材料及光电子集成技术领域，尤其涉及一种偏振光检测方法、光子集成芯片及探测器。

背景技术

光子集成技术正处于迅速发展阶段。新型半导体光电子器件是集成光子技术发展的重要基础和保障。现有的偏振光学元件，如偏振片、波片、相位延迟器利用体积大且厚重的薄膜或晶体制成，已经不能满足光路系统微型化、集成化、多功能的发展需求。尤其大数据处理、高速通信、智能传感等信息技术的快速发展对新型光子器件及系统提出了迫切需求，微型化、集成化、高性能、低成本已经成为信息光子技术的主流发展趋势。现有的片上光子器件主要包括波导、耦合器、MMI分光器、干涉仪、微环谐振腔、波导阵列光栅(AWG)等无源器件及片上光源、相位调制器、光电探测器等有源器件。偏振器件是诸多光子器件的一种，用于偏振的产生、调制及检测。与强度、相位等一样，偏振是光信号的一个本征参量，可以用于信号传输、处理及检测等。片上偏振器件的匮乏严重制约了偏振光在大规模光子集成电路系统中的应用。

宏观光路利用块状偏振片、波片(λ/2，λ/4)产生并调制光的偏振。商用偏振片的材料包括二向色薄膜、纳米颗粒线性薄膜及其金属线栅等。二向色薄膜由高分子聚合物如聚乙烯醇偏光膜经拉伸并掺入碘或者染料分子制成，通过吸收某一方向的偏振，令垂直方向的偏振透过，适合低成本制造及低功率应用。纳米颗粒线性薄膜偏振片将长椭球形纳米颗粒嵌入硅酸钠玻璃中制备而成，通过吸收偏振方向垂直于透射轴的光产生高透射偏振光，具有高消光比、高损伤阈值等优势。线栅偏振片由金属线栅阵列夹在熔融石英或Eangle XG(-VIS)玻璃基底之间制成，通过反射(透射)平行(垂直)于线栅的光产生偏振，具有高透射率和最高工作温度。

商用光学波片由双折射材料构成，如石英和液晶聚合物，前者的损伤阈值高后者允许较大的入射角。双折射材料在快慢两个正交主轴的折射率不同，从而光沿两个主轴传播时因速度不同而产生相位差波片有半波片和四分之一波片两种典型延迟。半波片通常用于旋转偏振方向，四分之一波片用于产生圆偏振光。除了这两种特定相位的延迟，也有产生连续相位延迟的光学器件叫做补偿器。以Soleil-Babinet补偿器为例，它由一块可移动的石英双折射长光楔和一块固定光楔安装在补偿片上形成，通过精密控制长光楔的位移可以提供从0到2π连续可变的延迟量。这些偏振器件由于要在其上下表面贴上保护膜或者附加衬底而变的很厚，通常都要大于1毫米，主要用于宏观光路偏振光的产生和调制，与微型光路的兼容性非常低。

将不同偏振态的光区分出来就是偏振光的检测。宏观光路中，产生偏振光的元件同样用来检测偏振光。每种偏振光都有不同的性质，以线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光为例，利用一些偏振器件，辅以探测手段可以区分每一种偏振光：

(1)线偏振光的检测。需要在光路中插入一块偏振片并绕轴旋转偏振片，若在探测器端能观察到光强发生变化，且出现消光现象可判断入射光为线偏振光。

(2)圆偏振光的检测。在偏振片前放置快轴方向任意的四分之一波片，旋转线偏振片，如果看到光强发生变化且出现消光，则为圆偏振光。

(3)椭圆偏振光的检测。需要用到四分之一波片和检偏器。首先旋转检偏器，使透射光强达到最大，然后把四分之一波片置于偏振片前，使其快轴方向与偏振片透射光轴的方向一致。此时椭圆偏振光的长短轴与波片的快慢轴分别平行，经过四分之一波片的出射光变成线偏振光，再经过旋转线偏振片将看到光强发生变化且出现消光现象。