[發明專利]一種大制作容差高偏振消光比無源波導型偏振旋轉分束器

在審

• 申請號: 202210221580.1
• 申請日: 2022-03-08
• 公開（公告）號: CN114624815A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 陸巧銀;戴向陽;國偉華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/126
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 李娜

本申請公開了一種大制作容差高偏振消光比無源波導型偏振旋轉分束器，其中的波導芯層包括輸入波導、第一模式轉化器、錐形波導連接器、非對稱耦合器、模式濾波器、輸出波導；其中非對稱耦合器包含寬度不同的上下耦合波導，模式濾波器包含第二模式轉化器和1×1多模干涉耦合器。第一模式轉化器把輸入波導的TM偏振光旋轉成高階TE模式，非對稱耦合器將該高階TE模式耦合到上波導中，成為TE基模。輸入波導的TE偏振光直接通過第一模式轉化器、非對稱耦合器下波導和模式濾波器，輸出TE基模。本申請的無源波導型偏振旋轉分束器具有高偏振消光比和大的制作容差。

技術領域

本申請屬于光學元器件技術領域，具體涉及一種大制作容差高偏振消光比無源波導型偏振旋轉分束器。

背景技術

近年來，光通信器件在往小型化低成本的趨勢發展，將不同功能的器件集成在光學芯片上成為了目標。在光學芯片上實現偏振分束、合束、旋轉等偏振模式操控，一方面能夠通過偏振復用提高光通信速率，另一方面也可以降低偏振模色散帶來的傳輸限制。特別是對于相干收發光學模塊來說，實現高效的波導型偏振旋轉分束、合束器是關鍵點之一。

實現波導型偏振分束器的方式很多，主要是基于模式耦合，例如：多模干涉耦合器(MMIs)，定向耦合器(DCs)，以及馬赫曾德干涉儀(MZIs)。兩種偏振光在光波導中的有效折射率不一樣，有著不同的傳播常數，通過調整波導寬度長度或者外加控制，使得其中某一種偏振光滿足干涉相長或者相消，實現偏振分束。但是對于多模干涉耦合器(MMIs)，定向耦合器(DCs)來說，實現20dB偏振消光比、C波導工作帶寬的偏振分束功能需要精確的波導寬度控制。而基于馬赫曾德干涉儀(MZIs)的偏振分束器，利用額外的控制能夠增大器件的制作容差，但是同時也提高了器件的制作成本。

實現波導型偏振旋轉功能需要借助波導邊界串擾增大TM偏振光的橫向電場分量或者是TE偏振光的縱向電場分量，從而形成TE和TM的混合模式，在傳輸過程中混合模式的相互耦合呈現出TE和TM偏振光的相互轉化?？紤]到波導厚度方向變化的制作難度，一般利用基于寬度漸變的錐形波導實現TM基模轉成TE高階模式，然后通過非對稱耦合器將TE高階模式耦合成TE基模。這種寬度漸變的錐形波導實現模式轉化，寬度制作容差大，轉化效率高，其末端級聯非對稱耦合器便能夠實現偏振旋轉分束。但是，這種偏振旋轉分束的方案無法抑制輸出端口的串擾。原因在于，錐形波導實現模式轉化完成后的波導寬度較寬，保證TE高階模的存在，抑制TM基模產生。而較寬波導形成的非對稱耦合器上下波導的TE基模有效折射率差不大，非對稱度低，上下耦合波導中的TE基模會相互耦合形成串擾。而且制作誤差會導致模式轉化和模式耦合的性能劣化，串擾增強，降低消光比。

發明內容

本申請提出了一種大制作容差高偏振消光比無源波導型偏振旋轉分束器，目的在于提高偏振旋轉分束器的消光比，增大制作容差，利用光刻制作圖形依舊能使得器件性能達到應用要求。

為實現上述目的，本申請提供了如下方案：

一種大制作容差高偏振消光比無源波導型偏振旋轉分束器，包括襯底、波導芯層和蓋層；

所述襯底用于承載所述波導芯層，所述蓋層用于覆蓋所述波導芯層，所述波導芯層位于所述襯底和所述蓋層之間；

所述波導芯層包括輸入波導、第一模式轉化器、錐形波導連接器、非對稱耦合器、模式濾波器、上輸出波導和下輸出波導；

所述輸入波導用于輸入TE基模偏振光和TM基模偏振光；

所述第一模式轉化器用于將所述TM基模偏振光轉化為TE高階模式偏振光；

所述非對稱耦合器用于將所述TE高階模式偏振光耦合為TE基模偏振光；

所述非對稱耦合器包括上耦合波導和下耦合波導，所述錐形波導連接器用于第一模式轉化器與下耦合波導的連接；