[發明專利]硅基偏振旋轉器轉換光信號偏振態的方法

有效

• 申請號: 202110029699.4
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112630995B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 惲斌峰;陳文鑫;胡國華;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

1.一種硅基偏振旋轉器轉換光信號偏振態的方法，其特征在于，該硅基偏振旋轉器包括依次級聯的模式轉換器和非對稱多模波導光柵，所述的模式轉換器由三級錐形波導級聯而成；

所述模式轉換器，將輸入光信號的磁場方向與傳播方向垂直的橫磁模基模即TM₀模式轉換為電場方向與傳播方向垂直的一階橫電模即TE₁模式輸出到非對稱多模波導光柵，以及將從非對稱多模波導光柵反射回來的TE₁模式轉換為TM₀模式，而輸入光信號的電場方向與傳播方向垂直的橫電模基模即TE₀模式的傳輸不改變偏振態；

所述非對稱多模波導光柵，將從模式轉換器輸出的TE₀模式反射為TE₁模式輸入回模式轉換器，轉換為TM₀模式，并將從模式轉換器輸出的TE₁模式反射為TE₀模式，輸入回模式轉換器，偏振態不變；

所述模式轉換器由三段錐形波導結構級聯構成，第一段錐形波導長L₁，波導寬度從W₀增大到W₁，寬度變化過程中不發生偏振態轉換，長度短于第二段錐形波導長，第二段錐形波導長L₂，波導寬度從W₁增大到W₂，寬度變化過程中發生偏振態轉換，為了保證偏振態轉換效率，長度最長，第三段錐形波導長L₃，波導寬度從W₂增大到W₃，寬度變化過程中不發生偏振態轉換；

所述非對稱多模波導光柵與模式轉換器相連，非對稱多模波導光柵將從模式轉換器輸出的滿足相位匹配的TE₀和TE₁模式相互轉換，并反射回模式轉換器，其中相位匹配關系式是(β₀+β₁)/2=π/Λ，式中β₀和β₁為TE₀和TE₁模式對應的傳播常數，Λ為光柵周期，長度短于第二段錐形波導長。

2.如權利要求1所述的硅基偏振旋轉器轉換光信號偏振態的方法，其特征在于，所述的硅基偏振旋轉器自下而上依次由層疊的二氧化硅下包層、單晶硅芯層、氮化硅上包層構成，芯層由所設計的依次級聯的模式轉換器和非對稱多模波導光柵構成。

3.如權利要求1所述的硅基偏振旋轉器轉換光信號偏振態的方法，其特征在于，所述光信號以TE₀偏振態輸入所述硅基偏振旋轉器；

所述光信號以TE₀模式首先通過模式轉換器，再通過與之相連的非對稱多模波導光柵，反射為TE₁模式，最后通過模式轉換器，轉換為TM₀模式輸出。

4.如權利要求1所述的硅基偏振旋轉器轉換光信號偏振態的方法，其特征在于，所述光信號以TM₀偏振態輸入所述硅基偏振旋轉器；

所述光信號以TM₀模式首先通過模式轉換器，轉換為TE₁模式，再通過與之相連的非對稱多模波導光柵，反射為TE₀模式，最后通過模式轉換器輸出。