[發(fā)明專利]一種基于貝塞爾曲線漸變型波導(dǎo)的緊湊片上偏振分束旋轉(zhuǎn)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110607483.1
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113391395B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 惠戰(zhàn)強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 西安郵電大學(xué)
• 主分類號: G02B6/126
• 分類號: G02B6/126;G02B6/125
• 代理公司: 西安泛想力專利代理事務(wù)所(普通合伙) 61260
• 代理人: 王煥巧

本發(fā)明公開了一種基于貝塞爾曲線漸變型波導(dǎo)的緊湊片上偏振分束旋轉(zhuǎn)器。該貝塞爾曲線漸變型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是基于標(biāo)準(zhǔn)的SOI晶圓結(jié)構(gòu)，包括：底層埋氧化物(SiO₂)的襯底，其上由硅波導(dǎo)組成，其中包括普通輸出波導(dǎo)和包含貝塞爾曲線邊界的特殊結(jié)構(gòu)波導(dǎo)。普通輸出波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)是由長方體波導(dǎo)構(gòu)成，特殊結(jié)構(gòu)波導(dǎo)由輸入、輸出、寬度漸變的波導(dǎo)（貝塞爾曲線漸變型結(jié)構(gòu)）及耦合區(qū)域共同構(gòu)成，其中漸變波導(dǎo)的寬度由三階貝塞爾曲線確定，耦合區(qū)域由兩非對稱型波導(dǎo)區(qū)域組成。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在較寬的工作波段內(nèi)，對兩種輸入偏振光TE₀和TM₀實(shí)現(xiàn)偏振分束旋轉(zhuǎn)，擁有較低的插入損耗，較高的偏振轉(zhuǎn)換效率和串?dāng)_，與同類器件相比最優(yōu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種片上偏振旋轉(zhuǎn)分束器。

背景技術(shù)

基于絕緣體上硅(Silicononinsulator,SOI)平臺的光子集成回路(PhotonicIntegratedCircuits,PIC)近年來發(fā)展迅速。除其具備大規(guī)模、高密度，高帶寬、低功耗的特性外，主要的原因是其兼容互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,CMOS)制造工藝。但是由于CMOS工藝與材料本身的特性，導(dǎo)致SOI器件存在很高的雙折射，因而使不同偏振模式在回路中產(chǎn)生不同的響應(yīng)，其產(chǎn)生的偏振模色散和損耗會極大地劣化系統(tǒng)性能。單模硅納米光子波導(dǎo)通常具有高達(dá)~0.7的雙折射，導(dǎo)致硅光子器件通常對偏振敏感。因此需要對輸入不同的偏振態(tài)做預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)整個回路擺脫偏振依賴性，即偏振透明。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)偏振分集的偏振分束旋轉(zhuǎn)器(PolarizationSplitter-Rotator,PSR)在PIC中有巨大的應(yīng)用前景。

由于制造工藝的限制，SOI波導(dǎo)的寬度普遍大于波導(dǎo)高度，TE₀模式與TM₀模式之間有效折射率差較大，因此，當(dāng)前PSR一般由利用高階模輔助完成偏振模的轉(zhuǎn)換，其結(jié)構(gòu)由TM₀-TE₁偏振旋轉(zhuǎn)器和TE₁-TE₀模式轉(zhuǎn)換器兩部分級聯(lián)組成。當(dāng)前報道的硅基集成PSR大多數(shù)采用了錐形或錐脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)TM₀-TE₁模式轉(zhuǎn)換，其原理是利用波導(dǎo)截面上的折射率非對稱分布，通過在特定波導(dǎo)寬度區(qū)間下TM₀模式與TE高階模之間的模式雜化，達(dá)成模式轉(zhuǎn)換以及偏振旋轉(zhuǎn)的目的。設(shè)計過程中基于錐形或錐脊型波導(dǎo)的TM₀-TE₁模式轉(zhuǎn)換器對于波導(dǎo)漸變的斜率存在較高的要求，通常需要其斜率足夠低以實(shí)現(xiàn)模式的高效耦合、能量的完全轉(zhuǎn)移，這也意味著該類錐形或錐脊型波導(dǎo)的側(cè)邊斜率較小，對應(yīng)波導(dǎo)長度較長，所占用面積較多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)為實(shí)現(xiàn)模式的高效耦合、能量的完全轉(zhuǎn)移，波導(dǎo)長度較長，所占用面積較多的問題。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提出以下方案：

一種基于貝塞爾曲線漸變型波導(dǎo)的緊湊片上偏振分束旋轉(zhuǎn)器，包括襯底，所述襯底的表面設(shè)置有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；

所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括相互平行的普通輸出波導(dǎo)和特殊結(jié)構(gòu)波導(dǎo)，兩者以空氣間隙W_gap為媒介隔開；所述普通輸出波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為長方體，記輸入到輸出的方向?yàn)?Z方向，則所述特殊結(jié)構(gòu)波導(dǎo)由沿+Z方向依次前后級聯(lián)的輸入引導(dǎo)區(qū)域、貝塞爾曲線漸變型區(qū)域、不對稱定向耦合區(qū)域及輸出引導(dǎo)區(qū)域組成；所述普通輸出波導(dǎo)在+Z方向上對應(yīng)于不對稱定向耦合區(qū)域及輸出引導(dǎo)區(qū)域；