[發明專利]一種基于反向耦合原理的光柵輔助型起偏器

有效

• 申請號: 201911315945.1
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN110989080B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 孫小菡;許正英;呂濤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/124;G02B6/126
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發明公開一種基于反向耦合原理的光柵輔助起偏器，包括襯底、光柵條波導和兩個結構相同的混合等離子體波導，其中，光柵條波導和兩個結構相同的混合等離子體波導均設于襯底上；所述兩個結構相同的混合等離子體波導對稱位于光柵條波導的兩側，且由上而下均包含金屬覆蓋層、二氧化硅層和硅波導層；光柵條波導的厚度與硅波導層的厚度相同，且光柵條波導在面對混合等離子體波導的兩個側面分別形成光柵齒，兩個側面的光柵齒具有半個周期的位移差。此種起偏器結構簡單，尺寸緊湊，工作帶寬大且易于制備。

技術領域

本發明屬于集成光學和硅基光子學技術領域，特別涉及一種基于反向耦合原理的光柵輔助型起偏器。

背景技術

近年來，基于硅光子學的片上光互聯技術(Photonic Integrated Circuits，PICs)受到了研究人員的廣發關注。PICs能夠將不同功能的光子器件集成在同一襯底材料上，使得芯片的尺寸減小、功耗降低，從而實現片上超緊湊光子回路。硅基集成光子器件作為硅光子學的一個重要研究方向，其研究取得了長足的進步，各種新型的不同功能的硅基集成光子器件被不斷報道出來。

起偏器是硅光子集成領域一個重要的光學器件，目前起偏器的設計主要采用以下幾種方案：定向耦合器，亞波長光柵，等離子體波導等。然而這些結構的起偏器插入損耗較大，帶寬較小，這將會降低整個光子集成系統的性能。因此，設計一種尺寸緊湊、插入損耗低、偏振消光比高且具有超寬帶寬的起偏器用于提高光子集成系統的整體性能顯得十分必要，本案由此產生。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種基于反向耦合原理的光柵輔助型起偏器，其結構簡單，尺寸緊湊，工作帶寬大且易于制備。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種基于反向耦合原理的光柵輔助起偏器，包括襯底、光柵條波導和兩個結構相同的混合等離子體波導，其中，光柵條波導和兩個結構相同的混合等離子體波導均設于襯底上；所述兩個結構相同的混合等離子體波導對稱位于光柵條波導的兩側，且由上而下均包含金屬覆蓋層、二氧化硅層和硅波導層；光柵條波導的厚度與硅波導層的厚度相同，且光柵條波導在面對混合等離子體波導的兩個側面分別形成光柵齒，兩個側面的光柵齒具有半個周期的位移差。

上述光柵齒為矩形齒。

上述光柵條波導兩個側面的光柵齒的大小、周期以及占空比相同。

采用上述方案后，本發明與現有技術相比，具有以下有益效果：

(1)結構簡單、插入損耗低，偏振消光比高，帶寬大。本發明結合光柵輔助反向耦合器和混合等離子體波導，將光柵條波導中傳輸的TM模高效的反耦合至兩側的混合等離子體波導并最終被混合等離子體條波導上層金屬層所吸收；而傳輸的TE模卻直接通過光柵條波導不發生耦合，使得在光柵條波導輸出端得到高偏振消光比的TE模。且TE模距離混合等離子體波導金屬層較遠，則器件的插入損耗較低；

(2)無拍長、結構緊湊，制作公差大。在耦合區，本發明采用了光柵輔助反向耦合器，該結構具有無拍長，結構緊湊，制作公差大等特點；

(3)該器件制造工藝具與現有成熟的CMOS工藝兼容，易于集成和擴展。

基于這些有益效果，該器件在硅基光子學領域具有較高的應用價值。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明的輸入端左視圖；

圖3是本發明中光柵輔助型起偏器的插入損耗、反射損耗以及消光比與工作波長的變化關系示意圖；

圖4是本發明的模場傳輸分布圖；

其中，橫坐標表示器件在傳輸方向上的尺寸，縱坐標表示器件在橫向上的尺寸。