[發明專利]一種偏振不敏感反射式波導光柵波分復用器件

有效

• 申請號: 201210233204.0
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN102749679A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 戴道鋅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B6/293
• 分類號: G02B6/293;G02B6/27
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種平面光波導集成器件，尤其是涉及一種偏振不敏感反射式波導光柵波分復用器件。

背景技術

反射式波導光柵是一種最具代表性的集成型波分復用/解復用器件，相比于透射式波導光柵（如陣列波導光柵）具有尺寸小的優點。。

傳統的反射式波導光柵依次由輸入波導1、平板波導2、反射光柵8、和輸出波導6連接組成，輸入波導1與輸出波導6位于平板波導2的同一側，如圖1所示。其中反射光柵有兩種：（1）第一種是采用凹面光柵8’，如圖2所示；（2）第二種是采用由波導陣列與反射鏡組成的反射式陣列波導光柵8’’，如圖3所示。

傳統反射式波導光柵的工作過程是：復合光從輸入波導入射，進入平板波導并發散傳輸，然后被反射光柵反射。由于反射光柵的色散和平板波導的聚焦作用，不同波長的光會聚于平板波導末端的不同點，然后再耦合到對應位置的輸出波導，即可將不同波長的光從不同輸出波導輸出，實現了不同波長的光的分離，這就是波分解復用的功能。反過來，就可以實現波分復用功能。

由于光波導中普遍存在雙折射效應，即兩個正交偏振模（橫電模和橫磁模）的有效折射率不相等，平板波導和反射光柵存在偏振相關效應，其各個通道的中心波長與入射偏振態相關。因此，當入射光偏振態發生隨機變化時，反射式波導光柵器件的輸出功率發生波動。這在光纖通信系統中將降低信噪比從而增大誤碼率。因此，在實際應用中，如何消除器件偏振相關性，以獲得偏振不敏感反射式波導光柵器件是一個非常重要的研究課題。

在傳統波導光柵型波分復用器件中，其中心通道波長有一定的偏振敏感性，而其通道間隔幾乎偏振不敏感。針對這一特點，已有多種偏振補償技術實現偏振不敏感特性：（1）利用高溫退火技術，引入應力補償【Opt.?Express?15,?15022-15028，?2007】；（2）在輸入端引入偏振分束技術【Journal?of?Selected?Topics?in?Quantum?Electronics,?2:?236-250,?1996】；（3）在陣列波導光柵中部引入半波片【IEEE?Photon.?Technol.?Lett.?6（5）:?626-628,?1994】；（4）在平板波導區域引入三角形淺刻蝕區【Electron.?Lett.?35（9）:?737-738,?1999】。但這些補償技術都只能實現中心通道波長偏振不敏感，且需要增加額外的工藝、或特殊的部件（如半波片）。

近年來，硅納米線光波導以其超緊湊結構的特點逐漸受到人們重視。硅納米線光波導的雙折射極為顯著，使得基于硅納米線的波導光柵器件具有極為嚴重的偏振相關效應。其特點是：通道間隔、中心波長均具有顯著的偏振敏感性。這與基于大截面光波導的傳統波導光柵器件有顯著區別。注意到此前提出的用于基于大截面光波導的傳統波導光柵器件的那些偏振補償技術往往僅能消除中心波長的偏振相關性，因此不適用于硅納米線波導光柵器件。近幾年，人們不斷努力積極探索一些用于硅納米線陣列波導光柵器件的偏振補償新方法，主要有以下幾種：（1）?利用二維光子晶體垂直耦合光柵的偏振分束、旋轉、耦合功能，將入射的兩個偏振態的光分離并耦合到兩個方向的硅納米線的TE模，同時利用陣列波導光柵的雙向性，實現了偏振不敏感的硅納米線波導【Optics?Express,?15（4）:?1567-1578,?2007】，此方法雖然比較巧妙，但僅適用于輸入、輸出都與光纖直接垂直耦合的情形，具有很大的局限性，不適合于與片上其它器件集成，也無法適用于反射式波導光柵的偏振補償；（2）發明人自己幾年前提出的一種方法：在反射式陣列波導光柵的陣列波導中引入光柵型在線式偏振分束器，通過對TE、TM模引入不同的光程來實現偏振不敏感器件，此方法不引入額外工藝，能達到較好的補償效果，但需要在制作過程中對波導尺寸進行較為精確的控制【IEEE?Journal?of?Quantum?Electronics,?45（6）:?654-660,?2009】；（3）國家發明專利“一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法”（ZL）是通過引入特殊形狀的平板波導區域來補償器件偏振敏感性，但存在工藝容差小、不適用于N×N陣列波導光柵、也不適合于大通道數情況等缺點。由此可見，發明新的偏振補償技術以實現偏振不敏感反射式波導光柵器件成為一項具有挑戰性的工作。

發明內容

為了克服背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種偏振不敏感反射式波導光柵波分復用器件。

本發明采用的技術方案是：