[發明專利]集偏振濾波器和層間均等耦合器的光互聯器件

有效

• 申請號: 201710575389.6
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107315223B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 葉志成;曹文生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B6/126
• 代理公司: 31236 上海漢聲知識產權代理有限公司
• 代理人: 郭國中<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明提供了一種集偏振濾波器和層間均等耦合器的光互聯器件，包括：平板光波導、偏振濾波光柵、層間均等耦合光柵、底層二氧化硅和頂層二氧化硅，所述平板光波導位于所述的底層二氧化硅之上，所述偏振濾波光柵和所述層間均等耦合光柵位于所述平板光波導之上，所述頂層二氧化硅位于所述偏振濾波光柵和所述層間均等耦合光柵之上，所述偏振濾波光柵位于所述層間均等耦合光柵之前；TE和TM偏振光從所述平板光波導輸入，其中一種偏振光被所述偏振濾波光柵耦合成反向傳輸，另一偏振光透射所述偏振濾波光柵到達所述層間均等耦合光柵，被所述層間均等耦合光柵向上、向下均等耦合輸出。本發明具有寬帶寬、高消光比、大構造容差、高集成的層間互聯特點。

技術領域

本發明涉及光通信、光互聯以及光器件集成領域，具體地，涉及一種集偏振濾波器和層間均等耦合器的光互聯器件。

背景技術

近年來，絕緣體上硅(Silicon-on-insulator,SOI)由于其與成熟的CMOS工藝相兼容且低成本而受到研究人員的廣泛關注。并且由于高折射率對比，使得SOI材料有利于更緊湊、大規模、高密度的光子集成。然而高折射率差也給器件帶來強烈的偏振敏感性；另外，三維的層間芯片有利于進一步縮小器件尺寸、提供更集成，更緊湊的片上光子回路。因此不同層間的高速率通信成為亟待解決的問題。

目前，在片上主要采用偏振分集方案來解決偏振敏感性問題，其中偏振分束器，偏振濾波器和偏振旋轉器是必備部件。眾多的器件結構已經被報道可用于片上偏振分束處理，包括：非對稱定向耦合器、多模干涉耦合器、馬赫-曾德爾干涉儀、光子晶體、光柵等等，然而這些結構還存在一些問題，比如器件耦合長度較長，偏振消光比低，工作帶寬窄，器件結構容差小和制造復雜等情況。因此，新的偏振控制方法或器件工作原理仍然需要進一步研究來實現高性能偏振控制；三維不同層間的耦合，可以利用定向耦合器實現，然而這需要高的對準精度并帶來制造復雜度。利用光柵的天然耦合優勢，可以實現大構造容差的層間耦合器。但是，不同強度的層間耦合信號會給后續信號處理帶來成本壓力，因此需要設計光柵結構解決不同層間耦合信號強度大小問題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種集偏振濾波器和層間均等耦合器于一體的光互聯器件。

根據本發明提供的一種集偏振濾波器和層間均等耦合器的光互聯器件，包括：平板光波導、偏振濾波光柵、層間均等耦合光柵、底層二氧化硅和頂層二氧化硅，所述平板光波導位于所述的底層二氧化硅之上，所述偏振濾波光柵和所述層間均等耦合光柵位于所述平板光波導之上，所述頂層二氧化硅位于所述偏振濾波光柵和所述層間均等耦合光柵之上，所述偏振濾波光柵位于所述層間均等耦合光柵之前；

TE和TM偏振光從所述平板光波導輸入，其中一種偏振光被所述偏振濾波光柵耦合成反向傳輸，另一偏振光透射所述偏振濾波光柵到達所述層間均等耦合光柵，并被所述層間均等耦合光柵向上、向下均等耦合輸出。

優選的，所述偏振濾波光柵為TE偏振濾波光柵，TE和TM偏振光從所述平板光波導輸入，TM偏振光被所述TE偏振濾波光柵耦合成反向傳輸，而TE偏振光直接穿過所述TE偏振濾波光柵到達所述層間均等耦合光柵，并被所述層間均等耦合光柵向上、向下均等耦合輸出。

優選的，輸入的TM偏振光滿足耦合方程：k_in-k_g＝-k₀n_eff，而輸入的TE偏振光不滿足耦合方程，其中，k_in為向前傳輸模式，k_g為光柵矢量，k₀n_eff為反向傳輸模式。

優選的，所述偏振濾波光柵為TM偏振濾波光柵，TE和TM偏振光從所述平板光波導輸入，TE偏振光被所述TM偏振濾波光柵耦合成反向傳輸，而TM偏振光直接穿過所述TM偏振濾波光柵到達所述層間均等耦合光柵，并被所述層間均等耦合光柵向上、向下均等耦合輸出。