[發(fā)明專利]一種高性能偏振分束器及其設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910596954.6
• 申請日: 2019-07-04
• 公開（公告）號: CN110376753B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設計）人: 何賽靈;陳楷旋
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B6/126;G02B6/125;G02B6/12;G02B6/27
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發(fā)明公開了一種高性能偏振分束器及其設計方法。高性能偏振分束器包括n+1個級聯(lián)定向耦合器、n個合束器和n個移相器（n≥2）。其中每個定向耦合器或合束器包括了兩個S彎曲輸入波導、耦合區(qū)和兩個S彎曲輸出波導，耦合區(qū)包括了兩根平行單模直波導，兩根單模直波導中間平行放置了m根亞波長結構（m≥2）。所述的兩個S彎曲輸入波導一端分別與耦合區(qū)兩根單模直波導一端連接；耦合區(qū)兩根單模直波導另一端分別與兩個S彎曲輸出波導一端連接。本發(fā)明可以通過設置定向耦合器耦合區(qū)長度和移相器長度，實現(xiàn)通信波段內(nèi)超高消光比或超大帶寬偏振分束設計。

技術領域

本發(fā)明涉及集成光電子器件領域，具體涉及一種偏振分束器及其設計方法。

背景技術

偏振分束器應用于光通信領域，它是復用和解復用光波導中不同偏振信號的關鍵器件，也是調控高折射率差材料偏振相關器件的重要組件。過去十幾年的研究里，研究人員提出了多種偏振分束器結構，包括多模干涉耦合器、馬赫曾德干涉器、光柵耦合器和非對稱定向耦合器等，目前性能較好的報道中消光比在20dB水平，工作波長帶寬大約100nm，損耗1dB。

但是對于更高消光比，比如大于35dB，只停留在中心波長附近。另外，近年來光通信對頻譜的進一步利用，特別提高片上光互連通信容量，采用更多通道的粗波分復用，對工作波長帶寬提出更高要求，偏振分束器也必須滿足同樣的工作波段，比如在偏振和波分復合復用技術應用上。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術的不足，為滿足在特定波段內(nèi)偏振分束更高消光比需求，比如在C波段消光比大于35dB；或者在偏振分束器插入損耗和消光比滿足集成光電子系統(tǒng)應用下，實現(xiàn)更大工作帶寬，比如大于300nm。根據(jù)不同的應用場合需求，可以設計相應的偏振分束器參數(shù)。本發(fā)明的目的是提供一種偏振分束器及其設計方法。

本發(fā)明提出一種高性能偏振分束器，包括n+1個級聯(lián)定向耦合器、n個合束器和n個移相器（n≥2）；定向耦合器D1上輸出端與下一級定向耦合器D2上輸入端連接，以此類推至定向耦合器Dn上輸出端與下一級定向耦合器Dn+1上輸入端連接；耦合器Dn+1下輸出端與合束器Hn上輸入端連接；合束器Hn上輸出端與合束器Hn-1上輸入端連接，以此類推至合束器H2上輸出端與合束器H1上輸入端連接；定向耦合器Di下輸出端與移相器Si一端連接，移相器Si另一端與合束器Hi下輸入端連接（i=1,2,…,n）。

更進一步具體實施方式中，所述每個定向耦合器或合束器包括了兩個S彎曲輸入波導、耦合區(qū)和兩個S彎曲輸出波導，耦合區(qū)包括了兩根平行單模直波導，兩根單模直波導中間平行放置了m根亞波長結構（m≥2）。所述的兩個S彎曲輸入波導一端分別與耦合區(qū)兩根單模直波導一端連接；耦合區(qū)兩根單模直波導另一端分別與兩個S彎曲輸出波導一端連接。

更進一步具體實施方式中，所述每個定向耦合器或合束器的耦合區(qū)，包括兩根寬度一樣的平行的單模直波導和放置在兩根單模直波導中間的m根平行的亞波長結構（m≥2）；亞波長結構的寬度和間距相等，長度比所述兩根單模直波導左右各長波導寬度的3.5倍。

更進一步具體實施方式中，所述定向耦合器D1、定向耦合器D2遞增至定向耦合器Dn+1組成的n+1級級聯(lián)定向耦合器，他們的耦合區(qū)長度分別等于不同波長下的TM偏振光的拍長。

更進一步具體實施方式中，所述的偏振分束器，合束器H1、合束器H2遞增至合束器Hn作為TM偏振光合束器，合束器Hi和定向耦合器Di的結構完全一樣（i=1,2,…,n）。

更進一步具體實施方式中，通過設置移相器Si的長度，使得TM偏振光從合束器Hi

上輸入端和下輸入端輸入時，能夠從上輸出端輸出（i= 1,2,…,n）。

更進一步具體實施方式中，所述S彎曲波導、耦合區(qū)直波導和亞波長結構包括高折

射率的矩形芯層、低折射率的上包層和低折射率的下包層。