[發明專利]基于無間距定向耦合結構的光環行器

無效

• 申請號: 200810062161.8
• 申請日: 2008-06-03
• 公開（公告）號: CN101290377A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 孫一翎;江曉清;周海峰;楊建義;郝寅雷;周強;李錫華;王明華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及用于控制光的方向的器件，尤其涉及一種基于無間距定向耦合結構的光環行器。

背景技術

在光纖通信等光信息系統中，不同器件的聯接處往往會反射一部分光，一旦這些反射光進入激光源的腔體，會使光源產生寄生振蕩，影響光源的頻率穩定性、限制其調制帶寬，從而限制整個系統性能的提高。光隔離器(Optical?Isolator)就是專為解決這一問題而發展起來的磁光非互易器件。到目前為止，實用的光隔離器有以塊狀石榴石晶體作為法拉第轉子的體型光隔離器以及尺寸縮小的微光學器件。然而，作為集成光學型光隔離器，至今尚處在實驗室的原型研究階段，實用化的器件還未研制出來。另外，分離、組合不同的傳輸路線或者多路波長信號也需要用到光環行器(Optical?Circulator)。和光隔離器一樣，光環路器是另一類實現光路非可逆傳輸的器件。不過光隔離器是對反向傳輸光進行阻擋，而光環路器是對反向傳輸光進行引導，將其與正向傳輸光從空間上分離開來，并從與另一端口輸出，這一種特性對于光信號的雙向傳輸和通訊具有重要的意義。由于波導型結構的非互易光學器件具有磁場要求低，成本低，體積小，損耗小，機械穩定性高且能與其他波導器件兼容等優點，所以集成光學型光隔離器和光環路器有著良好的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于雙模干涉原理的光環行器，利用其基模和一次模的非互易相移差原理，來實現光隔離器或光環行器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

在襯底上依次由輸入Y分支波導、具有或設置有磁性材料的矩形雙模波導和輸出Y分支波導串接而成。

所述的具有或設置有磁性材料的矩形雙模波導的長度滿足對稱模和反對稱模在正向傳輸時相長干涉，反向傳輸時相消干涉；或對稱模和反對稱模在正向傳輸時相消干涉，反向傳輸時相長干涉。

所述的設置有磁性材料矩形雙模波導上表面中心或中心對稱設置磁性材料薄膜。

所述的具有磁性材料矩形雙模波導由兩層法拉第旋轉系數θF相反的磁性材料薄膜構成。

本發明具有的有益效果是：

本發明提出采用無間距定向耦合波導結構，利用其基模和一次模的非互易相移差原理，通過非互易相移，實現集成光學型光隔離器和光環行器。這種非互易器件具有結構緊湊，集成度高的特點，在光信號的發射、放大、傳輸、路由等方面有應用前景，具有科學研究意義和應用價值。

附圖說明

圖1本發明的結構原理示意圖。

圖2設置有磁性材料的矩形雙模波導剖視圖。

圖3具有磁性材料的矩形雙模波導剖視圖。

圖中：1-輸入Y分支波導，2-矩形雙模波導，3-輸出Y分支波導，4-襯底，5-磁性材料薄膜，6-覆蓋層。

具體實施方式

本發明的內容是有關基于無間距定向耦合結構，利用其基模和一次模的非互易相移差原理，來實現光隔離器和光環行器。

如圖1所示，本發明的光隔離器和光環行器，利用了雙模波導的成像原理，通過非互易相移，實現光路非可逆傳輸。其結構由輸入Y分支波導1、具有或設置有磁性材料的矩形雙模波導2和輸出Y分支波導3串接，在具有或設置有磁性材料的矩形雙模波導2上直接引入非互易相移區。

根據雙模波導的成像原理，當一束偏振光從A端口或B端口入射后，會激起兩個模式：基模和一階模，若以矩形雙模波導的水平對稱線看，可以把它們當作對稱模和反對稱模。對稱模和反對稱模是相干的，在雙模波導區中傳播時，二者會發生相互干涉。由于這二個模式傳播速度不同，存在傳播常數差Δβ。設矩形雙模波導的長度為L，則相對相位差假設光從A端口輸入，輸入光功率為P₀，輸出端的光功率P_C、P_D可分別表示為

選取合適的波導長度L，可以實現正向傳輸的光從直通端或交叉端輸出。若相對相位差為π的偶數倍，對稱模和反對稱模在矩形雙模波導區末端發生相長干涉，光從C端口；若相對相位差為π的奇數倍，對稱模和反對稱模在矩形雙模波導區末端發生相消干涉，光從D端口。

反向傳輸時，利用基模和一次模的非互易相移差不同的原理，磁光材料產生的非互易相移只對基模作用，而對一次模的影響很小，所以只需在雙模波導區的中心或邊緣對稱設置磁光材料區，使對稱模和反對稱模成像規律與正向傳輸剛好相反，從直通端輸出的光反向傳輸時從交叉端輸出。以A端口為例，矩形雙模波導的長度L滿足