[發明專利]一種偏振分束器

無效

• 申請號: 201210583916.5
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103018832A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 孫兵;陳明陽;張永康
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G02B6/126
• 分類號: G02B6/126;G02B6/122
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及光波導技術領域，具體涉及一種基于硅基狹縫波導以及混合等離子波導結構的偏振分束器。

背景技術

傳統的介質光波導通常以高折射率材料作為波導芯，以低折射率材料作為包層，光場主要被限制在波導芯中傳輸。盡管也有研究學者們提出譬如用光子晶體來實現對光的約束，但其導光機制是基于光子帶隙原理，事實上，我們更多的是采用類似如傳統波導中基于全反射導光原理的結構。近幾年來，硅基波導技術的快速發展在集成光子技術中引起越來越多的關注。它的應用領域包括光互連、光通信、光傳感等方面。此外，由于可與標準的CMOS工藝相兼容，具有非常廣闊的市場前景。更為重要的是，由于硅基波導打破了光的衍射極限，因而相關器件的尺寸可以相對較小。

然而，硅基波導結構中由于芯和包層材料的巨大折射率差導致這種硅基波導的相關器件具有很強的偏振依賴特性。為解決這種偏振依賴特性的缺點，科學家們分別提出了諸如偏振旋轉器，偏振分束器以及偏振器等等相關器件。但作為偏振分束器的相關研究還不成熟，主要體現在以下幾個方面：一是器件的消光比較低，二是器件的工作帶寬比較窄，三是器件的尺寸的比較大，不利于器件的高度集成化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于狹縫波導以及混合等離子波導偏振分束器件。水平狹縫波導結構和混合等離子波導構成該偏振分束器的兩個波導芯，由于混合等離子波導的引入，使得該波導芯兩個偏振方向的模式有效折射率差比較大（TM模有效折射率大于TE模有效折射率），利于實現偏振分束；水平狹縫波導結構同樣使得該芯的兩個偏振方向的模式有效折射率差比較大（TE模有效折射率大于TM模有效折射率）。通過兩個波導的耦合實現了兩偏振光的分離。

本發明的技術方案為：一種硅偏振分束器，由基底層，水平狹縫波導結構、混合等離子波導結構、空氣覆層組成，所述水平狹縫波導結構和混合等離子波導結構等長、等高、等寬，并對稱的沉積在基底層上,?所述水平狹縫波導結構和混合等離子波導結構之間相隔一定厚度的空氣間隙；所述空氣覆層包圍在所述水平狹縫波導結構和混合等離子波導結構周圍；所述水平狹縫波導結構由寬度相同的第二高折射率介質層、第二低折射率介質層和第三高折射率介質層疊加組成；所述混合等離子波導結構由寬度相同的第一高折射率介質層、第一低折射率介質層和金屬層疊加組成；所述水平狹縫波導結構的寬度為所傳輸光信號的波長的0.14-0.35倍；所述第一高折射率介質層、第二高折射率介質層、第三高折射率介質層和金屬層的高度均為所傳輸光信號的波長的0.06-0.2倍；所述第一低折射率介質層和第二低折射率介質層的高度均為所傳輸光信號的波長的0.01-0.05倍。

所述第一高折射率介質層?，第二高折射率介質層、第三高折射率介質層的折射率與基底層的折射率的差值不小于。

所述第一低折射率介質層的折射率與基底層的折射率的差值不大于0.01。

所述的第二低折射率介質層的折射率與基底層的折射率的差值范圍為0.07-0.7。

所述的金屬層5由金或銀組成。

本發明的有益效果是：本發明同時引入水平狹縫波導結構和混合等離子波導兩種結構后，由于兩種波導都能產生較大的折射率差，為實現偏振光的分離提供便利。此外，狹縫波導和等離子波導結構均呈三明治結構，中間層可以填充材料的選擇性比較大，大大豐富了器件的應用范圍。此外，兩種波導所產生較大的折射率差是導致器件尺寸短的一個關鍵因素，最終實現光路的高度集成化。

附圖說明

圖1為本發明的一種實施例的橫截面示意圖；

圖2為水平狹縫波導結構和混合等離子波導兩個獨立波導芯的模式有效折射率曲線；

圖3?為傳輸過程中的模場分布圖；

圖4為兩波導芯中的能量隨著傳輸距離的變化曲線；

圖5為偏振分束器的消光比與波長的關系曲線；

其中，1-基底層、2-空氣覆層、3-第一高折射率介質層、4-第一低折射率介質層、5-金屬層、6-第二高折射率介質層、7-第二低折射率介質層、8-第三高折射率介質層。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。