[发明专利]一种基于薄膜铌酸锂的电控可调偏振分束方法及器件

说明书

本发明公开了一种基于薄膜铌酸锂的电控可调偏振分束方法及器件，属于集成光学领域。方法包括：将包含TE模式和TM模式两个偏振态的输入光分成强度和相位都相同的两路光束，通过铌酸锂的电光效应和热光效应调控两路光束之间的相位差；当TE模式的相位差满足(2m+3/2)π，且TM模式的相位差满足(2m+1/2)π时，两个偏振态分离并分别从一路径独立输出；其中，m位自然数；当TM模式的相位差满足(2m+3/2)π，且TE模式的相位差满足(2m+1/2)π时，两个偏振态的输出路径切换。本发明基于铌酸锂波导的电光效应和热光效应共同调节TM模式和TM模式两个偏振态的相位，能够实现TE偏振态和TM偏振态的分束及输出路径的快速切换；同时，本发明具备小尺寸、低损耗、高切换速度等优势。

技术领域

本发明属于集成光学领域，更具体地，涉及一种基于薄膜铌酸锂的电控可调偏振分束方法及器件。

背景技术

铌酸锂(LN)一直是通信系统中高速电光调制器和非线性波长转换设备的理想选择，因为它具有宽透明窗口(350-5000nm)，高电光系数(～34pm/V)，强非线性效应和良好的温度稳定性。然而，传统的LN器件都是采用质子交换法或者钛扩散法制作而成，波导对光的限制能力差，光的模场分布大，因此传统的铌酸锂器件体积大，功耗高，不利于大规模的集成应用。薄膜铌酸锂技术的发展为铌酸锂平台带来了革命性的变化，绝缘体上铌酸锂(LNOI)的结构类似于绝缘体上硅，由最下方的衬底层，中间低折射率埋氧层(氧化硅)以及最上方的薄膜铌酸锂组成。铌酸锂和氧化硅之间高折射率差极大地增加了波导对光的限制，因此可以制作出高集成度，低功耗的光学器件。

基于薄膜铌酸锂的高速电光调制器是最核心的器件，相较于硅基调制器具有高带宽和低插入损耗的优势，目前其3dB电光带宽可以达到百GHz量级，在未来高速主干通信网中有极大的应用潜力。偏振复用技术可以在不增加信道数量的前提下将通信容量翻倍，因此偏振复用器和电光调制器的单片集成能够进一步推动基于LNOI的高速集成光子系统的应用。而偏振分束器是实现偏振复用的核心器件，因此在LNOI平台上实现高性能的偏振分束器至关重要。

在现有的技术中，波导型偏振分束器依照工作原理可以分为基于MMI型、基于马赫－曾德尔干涉仪型、基于定向耦合器型、基于光子晶体结构型、基于亚波长光栅型、基于金属表面等离子体型。以上这些传统结构的偏振分束器只能静态工作，只对特定的波段有效并且一个偏振态只能从特定的端口输出。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于薄膜铌酸锂的电控可调偏振分束方法及器件，其目的在于实现光束TE模式和TM模式两个偏振态的分离及输出路径的快速切换。

一种基于薄膜铌酸锂的电控可调偏振分束方法，包括以下步骤：

将包含TE模式和TM模式两个偏振态的输入光分成强度和相位都相同的两路光束，通过铌酸锂的电光效应和热光效应调控两路光束之间的相位差；

当TE模式的相位差满足且TM模式的相位差满足时，两个偏振态分离并分别从一路径独立输出；其中，m为自然数；

当TM模式的相位差满足且TE模式的相位差满足时，两个偏振态的输出路径切换。

进一步地，还包括步骤：监控偏振分离后的两路光束的偏振态，确定TE模式的光束和TM模式的光束是否已经完全分离。

一种实现权利要求1方法的基于薄膜铌酸锂的电控可调偏振分束器，包括：

输入波导，用于光束输入；

1×2 MMI，用于将输入光分成强度和相位都相同的两路光；

两条铌酸锂波导臂，用于传导1×2 MMI输出的两路光束；