[發(fā)明專利]芯片集成的多角度透光軸起偏器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610079196.7
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105549145B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余宇;秦亞光;張新亮
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 房德權(quán)

本發(fā)明涉及一種芯片集成的多角度透光軸的起偏器，包括入射波導部分、偏振選擇性損耗部分以及出射波導部分，偏振選擇性損耗部分由對稱性打破部分與損耗部分組成。入射偏振態(tài)光首先經(jīng)過入射波導部分輸入，以本征模式的形式傳播。進入偏振選擇性損耗部分，由于波導結(jié)構(gòu)的縱向?qū)ΨQ性被打破，其本征模式的光軸會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，光軸旋轉(zhuǎn)的角度可控。如果選擇性對其中一個本征模式引入較大損耗，當偏振選擇性損耗部分的長度選的足夠長時，這一本征模式被完全損耗掉，從而過濾出特定偏振角度的偏振光。最后由出射波導部分耦合輸出。本發(fā)明首次提出了多角度透光軸的芯片集成起偏器結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是片上集成的偏振態(tài)高速檢測系統(tǒng)的重要功能性器件，其在相干光通信領(lǐng)域、光纖傳感領(lǐng)域與前沿的量子通信領(lǐng)域有著非常重要的作用。

背景技術(shù)

偏振光學作為標量光學的補充和深入，已經(jīng)被看作為一門獨立的學科分支，在天體物理學、化學、生物、通信等許多領(lǐng)域都著有廣泛的應(yīng)用。在通信領(lǐng)域中，偏振態(tài)的高速檢測在相干光通信的偏振態(tài)補償、偏振復用、偏振編碼和偏振模色散的測量與補償?shù)确矫嬗兄匾膽?yīng)用；在光纖傳感領(lǐng)域，偏振光時域反射儀和偏振光頻域反射儀等技術(shù)可以提高檢測的精度、分辨率和實時性，還可以提高測量偏振模色散額分布；在量子通信領(lǐng)域中，量子密鑰可以采用偏振調(diào)制的方式進行編碼。因此，高速偏振態(tài)檢測與控制技術(shù)的研究在許多領(lǐng)域都有重要的意義。

目前偏振態(tài)高速檢測系統(tǒng)的商用解決方案主要來源于國外知名公司，如THORLABS、FIBERPRO和HINDS INSTRUMENTS公司等。然而這些商用產(chǎn)品大多是基于機械或電光調(diào)制、光纖、波片等分立結(jié)構(gòu)，體積龐大、價格昂貴且不利于在線檢測。如同電子集成技術(shù)，光電子器件的發(fā)展是朝著集成化和智能化的方向發(fā)展的。特別是在涉及到偏振態(tài)等敏感參數(shù)的研究和測量上，集成的芯片相較于分立器件不僅降低了系統(tǒng)功耗和復雜性，同時還具有更好的工作穩(wěn)定性。因此，片上集成是高速偏振測量系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，也是實現(xiàn)實時在線檢測的關(guān)鍵所在。

為了實現(xiàn)芯片集成的測量系統(tǒng)，一些利用分立器件實現(xiàn)的功能性單元需要在片上實現(xiàn)，如偏振無關(guān)的分光器、多角度檢偏器和波片。其中，多角度檢偏器在片上的實現(xiàn)是關(guān)鍵的科學難點。一般的片上波導結(jié)構(gòu)支持兩種模式：橫電模(TE)和橫磁模(TM)，分別對應(yīng)0°和90°偏振角度。任意偏振態(tài)入射到片上，都會轉(zhuǎn)換成這兩種偏振態(tài)或這兩者的組合。業(yè)界目前報道的片上檢偏器原理基本都是采用特殊結(jié)構(gòu)，使得TM(TE)模式的 傳輸損耗遠大于TE(TM)模式，從而實現(xiàn)0°(90°)的檢偏器功能。由于片上的波導結(jié)構(gòu)一般并不存在其他偏振角度的模式，無法對特定偏振角度的模式進行選擇性損耗，因此其它角度透光軸的檢偏器則鮮有報道。目前業(yè)界報道的片上起偏器的透光軸全部是0°或90°。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種芯片集成的多角度起偏器的解決方案，以彌補相關(guān)領(lǐng)域的研究空白。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種芯片集成的多角度起偏器，包括三個部分：入射波導部分、偏振選擇性損耗部分以及出射波導部分，其中，所述偏振選擇性損耗部分包括對稱性打破部分和損耗部分；

所述對稱性打破部分，用于打破光軸結(jié)構(gòu)的對稱性，使得結(jié)構(gòu)的本征光軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)；

所述損耗部分，用于使特定的本征模式損耗增大，實現(xiàn)偏振選擇損耗的功能。

所述對稱性打破部分優(yōu)選之一的，所述對稱性打破部分通過在所述偏振選擇性損耗部分的包層內(nèi)刻蝕凹槽實現(xiàn)，具體為：所述偏振選擇性損耗部分的波導側(cè)上方的包層內(nèi)設(shè)有與所述波導方向平行的長方體形凹槽，所述長方體形凹槽打破光軸結(jié)構(gòu)的對稱性，使得結(jié)構(gòu)的本征光軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)；

所述長方體形凹槽的長度滿足某一本征模式能被完全損耗，寬度大于等于0.9微米，長方體凹槽從包層的頂部開始，所述長方體形凹槽的最底面距離波導上表面有一定的垂直間距，所述長方體形凹槽與波導之間有一定的水平間距，所述垂直間距、水平間距，均由所需透光軸的角度所決定。