[實用新型]一種超小非對稱結構的柱型偏振分束器

有效

• 申請號: 201420351924.1
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN203941310U
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 侯金;王林枝;李博雅;楊春勇;陳少平
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: G02B6/126
• 分類號: G02B6/126;G02B6/27
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 黃瑞棠

技術領域

本實用新型涉及一種偏振分束器，尤其涉及一種超小非對稱結構的柱型偏振分束器。

背景技術

傳統的偏振分束器體積大，無法用于光路集成。目前研究出來的幾種基于微納光波導實現偏振分束的方法主要有兩種：利用波導之間的周期性耦合和奇偶變化的方法，或者引入傳輸波導的非對稱。原理實質一致：TE模/TM模在兩側波導中的有效折射率相等時，滿足相位匹配條件，模式即可實現耦合，即該模式從一個波導轉移到另外一個波導?；诖朔椒ㄔO計的的最新偏振分束器體積依然不夠小，成本較高，不能較好地滿足光器件集成尤其是芯片間的互聯所需。

分析上述耦合原理，不同的模式耦合長度不同，并且該長度與器件的大小密切相關。要實現器件盡可能小，須使耦合長度盡可能短。據此，如何縮短耦合作用區的長度是偏振分束器得以集成應用的關鍵所在。?

發明內容

本實用新型的目的是針對上述方法所存在的缺陷，提供一種超小非對稱結構的柱型偏振分束器。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是利用柱型周期性微結構波導與條形波導形成非對稱定向耦合器結構，利用非對稱性增強偏振模式的雙折射效應，實現超小型的偏振分束。

由于該偏振分束器的非對稱性，以及微結構的大色散特性，狹縫兩側的耦合作用區中偏振模式有效折射率差增大，耦合效果增強，使得模式耦合所需長度減小。對于介質柱型微結構，TM模的耦合長度比TE模的耦合長度短，所以可通過合理設計柱型微結構各項參數和條形波導的尺寸，以及耦合區的寬度，讓TM模優先滿足相位匹配條件，耦合到周期柱型耦合段中，并從TM輸出段輸出，而TE模由于相位失配，繼續留在彎曲條形波導中并沿TE輸出段輸出，從而實現偏振分束。根據理論與仿真分析，選擇耦合區長度最短時的最優尺寸。

本實用新型采用的原理如下：

1、偏振分束器采用硅基周期微結構波導與硅基條形波導構成非對稱定向耦合器，利用周期性微結構增強不同偏振態的雙折射效果，從而減小耦合長度；而在柱型微結構中，TM模的耦合長度比TE模的耦合長度短，所以我們優先使TM模滿足耦合條件進入周期性微結構波導中，此時TE模不滿足耦合條件繼續沿TE輸出段輸出，達到偏振分束的目的；

2、周期性微結構比普通波導的色散大，使得兩側波導中的模式有效折射率差較大，從而減小耦合長度、降低偏振分束的難度。

具體地說，本柱型偏振分束器包括彎曲條形波導、彎曲周期型微結構波導和絕緣層；

在絕緣層上面，彎曲條形波導和彎曲周期型微結構波導背向排列。

本實用新型具有下列優點和積極效果：

本偏振分束器耦合長度短，體積超小，便于大規模集成，降低成本；

②插入損耗小，分束難度低，可作為一種重要的功能器件廣泛用于偏光導航、光通信、光電檢測和光傳感等領域。

附圖說明

圖1是本柱型偏振分束器的結構示意圖（圓形Si介質柱）；

圖2是本柱型偏振分束器的結構示意圖（方形Si介質柱）。

圖中：

10—彎曲條形波導，

11—輸入段，??????

12—條形波導耦合段，??????????????

13—TE輸出段；

20—彎曲周期性微結構波導，

????21—彎曲連接段?????????????

22—周期柱型耦合段，????

23—TM輸出段。

30—絕緣層。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明：

1、總體

如圖1，本柱型偏振分束器包括彎曲條形波導10、彎曲周期型微結構波導20和絕緣層30；

在絕緣層30上面，彎曲條形波導10和彎曲周期型微結構波導20背向排列。

2、功能塊

1）彎曲條形波導10

彎曲條形波導10是一種Si波導，包括依次連接的輸入段11、條形波導耦合段12和TE輸出段13，呈反“C”字形。

其功能是輸入段11與TE輸出段13均彎曲一定角度，避免分離后的偏振態再次耦合；輸入段11傳輸TE/TM混合偏振態，TE輸出段13傳輸TE偏振態。?

2）彎曲周期性微結構波導20

彎曲周期性微結構波導20是一種Si波導，包括依次連接的彎曲連接段21、周期柱型耦合段22和TM輸出段23，呈“C”字形。

所述的周期柱型耦合段22由4～5個Si介質柱組成，呈平行排列；