[发明专利]一种基于双锥形非对称定向耦合器型光偏振分束旋转器

说明书

本发明公开了一种基于双锥形非对称定向耦合器型光偏振分束旋转器，包括输入波导和输出波导两个部分；输入波导包括输入引导波导、输入锥形波导、输入弯曲波导及输入直波导；输出波导包括输出锥形波导、输出弯曲波导及输出直波导；输出锥形波导位于输入锥形波导上方且留有一定的预设距离；输入锥形波导沿着输入方向线性变窄，输出锥形波导沿着输出方向线性变宽，输入锥形波导与输出锥形波导共同构成非对称定向耦合器；当TM₀偏振态输入时，输入锥形波导与输出锥形波导在某一截面上的有效折射率相等，从而实现偏振模式的旋转。本发明具有结构紧凑、消光比高，制作容差大等特点，在光偏振复用解复用、偏振信号处理、光通信等领域具有重要作用。

技术领域

本发明属于硅基光子集成与光学器件技术，涉及光偏振复用与解复用、光信号多维复用等领域，具体涉及一种基于双锥形非对称定向耦合器型光偏振分束旋转器。

背景技术

近年来，由于绝缘层上硅(SOI，Silicon-on-insulator)材料具有高折射率对比度且在工艺上与互补金属氧化物半导体(CMOS,Complementary Metal-oxide-semiconductor)兼容的特点，使得光子集成链路(PIC，Photonic Integrated Circuit)的研究取得飞速发展并在科研领域占据了主导地位。由于CMOS工艺与材料本身的特性，导致基于SOI的PIC器件具有很高的双折射，因此引起了偏振模色散与偏振相关损耗，使得硅光子器件对偏振十分敏感。针对这个问题的解决方案是设计一种小尺寸、低损耗、高消光比的偏振控制器件，如偏振分束器(PBS),偏振旋转器(PR)以及结合了二者功能的偏振分束旋转器(PSR，Polarization Splitter-rotator)，偏振分束旋转器(PSR)是解决SOI平台上光波导器件偏振敏感问题的关键器件。

PSR是同时具备偏振分束与偏振旋转功能的器件，两束不同偏振态光波经过PSR后可以以两束相同偏振态的模式光输出。即可以将输入的TE₀/TM₀模式分离的同时完成模式的旋转，此时的输出端只有一种偏振态。

根据不同的模式转换机制，偏振分束旋转器可以分为模式耦合与模式演化两种机制。基于模式演化机制的PSR，模式转换需要两步完成。例如，首先将输入的TM₀模式转化成高阶TE₁模式，然后与输入TE₀模式分离并将分离后的TE₁转化为TE₀模式输出，即基于模式演化机制的PSR一般由TM₀-TE₁偏振旋转器和TE₁-TE₀模式转换器两部分级联组成。相关论文包括：

1)Dai D X,Wu H.Realization of a compact polarization splitter-rotatoron silicon[J].Optics Letters,2016,41(10):2346-2349。

2)Chung H C,Tseng S Y.Ultrashort and broadband silicon polarizationsplitter-rotator using fast quasiadiabatic dynamics[J].Optics Express,2018,26(8):9655-9665。

3)Wang J,Niu B,Sheng Z,et al.Novel ultra-broadband polarizationsplitter-rotator based on mode-evolution tapers and a mode-sorting asymmetricY-junction[J].Optics Express,2014,22(11):13565-13571。