[發明專利]一種基于薄膜鈮酸鋰的TE模和TM模分離的偏振分束器芯片

在審

• 申請號: 202310525328.4
• 申請日: 2023-05-11
• 公開（公告）號: CN116520493A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 徐濤;黃大駿;鄭韶輝
• 申請（專利權）人: 浙江九州量子信息技術股份有限公司
• 主分類號: G02B6/125
• 分類號: G02B6/125;G02B6/10;G02B6/126;G02B6/14;G02B6/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于光通信技術領域，公開了一種基于薄膜鈮酸鋰的TE和TM模分離的偏振分束器芯片，所述芯片結構包括上支路波導與下支路波導，所述上支路波導結構包括定向耦合區直波導、sin型輸入和輸出彎波導以及輸入和輸出直波導，所述下支路結構包括與上支路結構鏡像對稱的定向耦合區和輸出區波導。與現有技術相比，本發明基于薄膜鈮酸鋰的芯片結構，可與量子秘鑰分發系統中的其它器件一同兼容使用，便于實現量產化；使用的單模傳輸脊波導結構相比于條形波導結構設計，可以增強耦合區波導之間的光耦合，從而降低器件損耗；采用sin型波導分導光束，相對于90°彎波導可以大幅度減小尺寸，提高器件集成度；器件性能得到大幅提高，TE和TM消光比達到30db以上。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，特別涉及一種基于鈮酸鋰的TE模和TM模分離的偏振分束器芯片。

背景技術

偏振分束器是一種能夠將一束具有混合偏振態的光分成兩束正交偏振光的光器件，是實現偏振復用系統、偏振分集系統中至關重要的偏振控制器件。目前常用偏振分束器大多為獨立的單元器件，常配合離散光學光纖等器件使用。然而由于傳統的離散型體光學元件器件尺寸大、系統穩定性差等諸多缺點，難以適應現代光電子技術的需求，因此在全光通信網絡需求的推動下，從傳統離散型體光學元件轉向集成化光學元件的相關研究得到飛速發展。

當前集成環境對于相位編碼量子密鑰分發（QKD）系統越來越嚴苛的要求，該系統主要包括脈沖光激光器、強度調制器、高速調相器、偏振分束器、延時環等重要器件。為滿足相位高速調制，QKD系統中的延時環長度往往需達到厘米量級，然而常見的集成芯片硅基波導的損耗典型值為2?dB/cm?,III-IV族材料的波導損耗典型值為1.5?dB/cm,上述材料均不滿足QKD系統接收端低損耗要求。但是絕緣體上的薄膜鈮酸鋰材料（LNOI）波導傳播損耗典型值為0.2?dB/cm，同單位距離下，相比前述材料可降低一個數量級。因此具有低損耗，高電光效應，穩定性高的LNOI材料成為了最佳選擇方案。

目前，隨著薄膜鈮酸鋰工藝技術的日益成熟，相關重要光子器件的研究也越來越被外界關注。然而基于LNOI的偏振分束器的只有少數被研究,?2017年第23-27頁《OpticalCommunications》期刊公開了一種基于條形波導結構設計的LNOI的偏振分束器件，其最小線寬與最小間距尺寸均小于0.5um，不符合國內現有成熟工藝精度，無法與現有相位編碼QKD系統中其它LNOI器件一同使用；其次根據TE和TM電場圖可知，該結構無論上端口輸入或者下端口輸入混合光，總有一輸入端口功能閑置未被充分利用，這不僅增加了結構的復雜性，而且造成輸入輸出端口不容易被區分。因此解決QKD系統中LNOI基光波導中的偏振問題對提高光子器件的性能和集成度意義非凡。

為此，本發明提出一種單輸入端口的定向耦合型LNOI偏振分束器。該器件通過基于脊型波導結構的設計，合理拓寬了器件最小線寬與最小間距，除了符合現有工藝精度，還具有低損耗和高偏振消光比的特性。并且，該結構簡單，制作成本低，為填補LNOI基相位編碼QKD系統中的偏振分束器空白提供一種有效的技術途徑。

發明內容

針對現有技術存在以上缺陷，本發明提出一種基于鈮酸鋰的TE模和TM模分離的偏振分束器芯片。

本發明的技術方案是這樣實現的：