[发明专利]一种基于垂直耦合原理的硅基槽波导起偏器

摘要

本发明提出一种基于垂直耦合原理的硅基槽波导起偏器，它包括由两根平行设置在衬底上的硅基纳米线构成的槽波导和上层条形波导；所述槽波导沿长度方向分为信号输入段、中间传输段和信号输出段，上层条形波导设置在中间传输段的正上方，与槽波导之间的高度间距为D；上层条形波导与中间传输段形成垂直耦合区；包含横磁模和横电模的输入信号从所述槽波导的信号输入段输入，在进入垂直耦合区后，输入的横磁模信号被耦合至上层条形波导并在输出端因光场衍射而损耗；输入的横电模信号直接在槽波导中传输并在信号输出段输出。本发明具有尺寸小、偏振消光比高、插入损耗低等优点。

主权项

1.一种基于垂直耦合原理的硅基槽波导起偏器，其特征在于，由两根平行设置在衬底（3）上的硅基纳米线构成的槽波导（1）和上层条形波导（2）组成，槽波导（1）的TM模与上层条形波导（2）的TM模完全匹配；所述槽波导（1）沿长度方向分为信号输入段、中间传输段和信号输出段，上层条形波导（2）设置在中间传输段的正上方，与槽波导（1）之间的高度间距为D；上层条形波导（2）的宽度大于槽波导（1）的宽度；上层条形波导（2）沿长度方向均分为两段，其中，靠近槽波导（1）信号输入段的一段为矩形波导，另一段为等腰梯形波导；等腰梯形波导的两个平行边中，较短的一边与矩形波导相连且该边长度与矩形波导宽度相等；上层条形波导（2）与中间传输段形成垂直耦合区；上层条形波导（2）的矩形结构中产生TM模的高效垂直耦合，上层条形波导（2）的梯形结构中将前半部分耦合的TM模进行模式转换，转变为拥有更高模式有效折射率的TM模式，从而在输出端可以有效增加上层条形波导（2）与槽波导（1）之间的模式差异，减少模式的反向耦合，提高器件的偏振消光比；包含有TE和TM模的入射光信号从槽波导（1）的信号输入段输入，接着进入垂直耦合区，在垂直耦合区中利用TM模较弱的场限制能力，使得底部槽波导（1）中传输的TM模被逐渐耦合至上层条形波导（2），并在输出端因光场衍射而损耗； TE模因被限制在底部槽波导（1）的微槽中，因TE模的模式特性与上层条形波导（2）相差较大，故TE模只能沿着底部的槽波导（1）传输并最终输出，而不受耦合区上层条形波导（2）的影响；最终，在槽波导（1）的输出端得到高偏振消光比的TE模，实现了起偏器的功能。