[發明專利]一種小型化高偏振消光比的多分支光波導芯片

有效

• 申請號: 201910247165.1
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109870768B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 宋鏡明;張春熹;劉嘉琪;于雪柯;吳春曉;宋凝芳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02B6/125
• 分類號: G02B6/125;G02B6/126
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種小型化高偏振消光比的多分支光波導芯片，其特征在于，所述芯片包括設置在芯片表面的凹槽，使得有效阻隔平行于芯片表面的TM輻射模式再耦合入輸出光纖，

所述凹槽包括第一凹槽，所述第一凹槽根據光傳輸的光闌理論，設置在多分支光波導的分叉處以及與芯片端面平行的方向，使得輸出光纖的集光區域位于由第一凹槽形成的光闌孔徑處穿過的TM輻射模式的陰影區，第一凹槽包括由多分支光波導隔開的m段凹槽，其中，m＝M+1，M為多分支光波導的分支數，

所述第一凹槽的邊緣與所述芯片的質子交換區的相對位置為：第一凹槽的邊緣距質子交換區的距離至少5μm，

所述第一凹槽的位置具體由如下步驟確定：

建立芯片坐標系，根據光束在凹槽邊緣的衍射理論，在滿足所述第一凹槽的邊緣與交換區相對位置的前提下，第一凹槽的幾何遮光區域在芯片輸出端的投影長度wy為：

其中，w1為第一凹槽的分支波導中間凹槽的長度，δc為芯片的端面切割角度，l1為第一凹槽距芯片輸入端的距離，L為芯片的長度，投影長度wy應大于波導輸出分支的間距w0，則第一凹槽距芯片輸入端的臨界位置l1₀為：

所述第一凹槽中的分支波導外側的兩個凹槽用于阻隔輻射至質子交換區外側的部分TM模式，防止經芯片端面反射后耦合入輸出端。

2.一種小型化高偏振消光比的多分支光波導芯片，其特征在于，所述芯片的厚度為d，其中dd_min，d_min為TM模式經芯片底面中心反射后到達輸出光纖的最小入射角δw_min等于輸出光纖的孔徑角δ0時，芯片厚度的取值；

所述芯片包括設置在芯片表面的凹槽，使得有效阻隔平行于芯片表面的TM輻射模式再耦合入輸出光纖，

所述凹槽包括第一凹槽，所述第一凹槽根據光傳輸的光闌理論，設置在多分支光波導的分叉處以及與芯片端面平行的方向，使得輸出光纖的集光區域位于由第一凹槽形成的光闌孔徑處穿過的TM輻射模式的陰影區，第一凹槽包括由多分支光波導隔開的m段凹槽，其中，m＝M+1，M為多分支光波導的分支數，

所述第一凹槽的邊緣與所述芯片的質子交換區的相對位置為：第一凹槽的邊緣距質子交換區的距離至少5μm，

所述第一凹槽的位置具體由如下步驟確定：

建立芯片坐標系，根據光束在凹槽邊緣的衍射理論，在滿足所述第一凹槽的邊緣與交換區相對位置的前提下，第一凹槽的幾何遮光區域在芯片輸出端的投影長度wy為：

其中，w1為第一凹槽的分支波導中間凹槽的長度，δc為芯片的端面切割角度，l1為第一凹槽距芯片輸入端的距離，L為芯片的長度，投影長度wy應大于波導輸出分支的間距w0，則第一凹槽距芯片輸入端的臨界位置l1₀為：

所述第一凹槽中的分支波導外側的兩個凹槽用于阻隔輻射至質子交換區外側的部分TM模式，防止經芯片端面反射后耦合入輸出端。

3.根據權利要求2所述的芯片，其特征在于，所述芯片厚度d具體由如下步驟確定：

輸出光纖的數值孔徑NA為：

NA＝nsinδ0 (1)

由等式(1)可以得到輸出光纖的孔徑角δ0為：

δ0＝arcsin(NA/n) (2)

根據反射定律，TM模式在芯片底面中心反射會形成最小入射角δw_min，其與芯片的厚度d關系為：

其中，n為TM模式在芯片襯底中的折射率，L為芯片的長度，

為了抑制經芯片底面反射的TM模式再耦合入輸出光纖，需使得TM模式經芯片底面中心反射后到達輸出光纖的TM模式的最小入射角δw_min大于輸出光纖的孔徑角δ0，即，

在芯片的長度L一定的條件下，滿足δw_minδ0的芯片厚度dd_min，其中：

4.根據權利要求1-3之一所述的芯片，其特征在于，所述凹槽包括第二凹槽，所述第二凹槽根據光纖的數值孔徑角機理，設置在多分支光波導的分叉支路的中間，以阻止TM輻射模式從位于分支波導中間的第一凹槽邊緣發生衍射并傳輸至芯片的輸出端。