[发明专利]一种偏振不敏感阵列波导光栅波分复用器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种平面光波导集成器件，尤其是涉及一种偏振不敏感阵列波导光栅波分复用器件。

背景技术

阵列波导光栅是一种最具代表性的集成型波分复用/解复用器件。

传统的阵列波导光栅依次由输入波导1、输入平板波导2、阵列波导4、输出平板波导6和输出波导8连接组成（如图1所示），复合光从输入波导入射，进入平板波导并发散传输，然后耦合到波导阵列中的各条波导。相邻阵列波导存在一定光程差，从而对各波长的光产生不同的位相差，实现光栅的色散功能。经过输出平板波导后，不同波长的光会聚于阵列波导光栅像面上的不同点，然后再耦合到对应位置的输出波导，即可将不同波长的光从不同输出波导输出，实现了不同波长的光的分离，这就是波分解复用的功能。反过来，就可以实现波分复用功能。

由于光波导中普遍存在双折射效应，即两个正交偏振模（横电模和横磁模）的有效折射率不相等，阵列波导光栅等波导光栅器件通常存在偏振相关效应，其各个通道的中心波长与入射偏振态相关。因此，当入射光偏振态发生随机变化时，波导光栅器件的输出发生波动。这在光纤通信系统中将降低信噪比从而增大误码率。因此，在实际应用中，如何消除器件偏振相关性，从而获得偏振不敏感阵列波导光栅器件是一个非常重要的研究课题。

在传统阵列波导光栅器件中，其中心通道波长有一定的偏振敏感性，而其通道间隔几乎偏振不敏感。针对这一特点，已有多种偏振补偿技术实现偏振不敏感特性：（1）利用高温退火技术，引入应力补偿【Opt. Express 15, 15022-15028， 2007】；（2）在输入端引入偏振分束技术【Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2: 236-250, 1996】；（3）在阵列波导光栅中部引入半波片【IEEE Photon. Technol. Lett. 6（5）: 626-628, 1994】；（4）在平板波导区域引入三角形浅刻蚀区【Electron. Lett. 35（9）: 737-738, 1999】。但这些补偿技术都只能实现中心通道波长偏振不敏感，且需要增加额外的工艺、或特殊的部件（如半波片）。

近年来，硅纳米线光波导以其超紧凑结构的特点逐渐受到人们重视。硅纳米线光波导的双折射极为显著，使得基于硅纳米线的阵列波导光栅器件具有极为严重的偏振相关效应。其特点是：通道间隔、中心波长均具有显著的偏振敏感性。这与基于大截面光波导的传统阵列波导光栅器件有显著区别。注意到此前提出的用于基于大截面光波导的传统阵列波导光栅器件的那些偏振补偿技术往往仅能消除中心波长的偏振相关性，因此不适用于硅纳米线阵列波导光栅器件。近几年，人们不断努力积极探索适用于硅纳米线阵列波导光栅器件的偏振补偿新方法，主要有以下几种：（1） 利用二维光子晶体垂直耦合光栅的偏振分束、旋转、耦合功能，将入射的两个偏振态的光分离并耦合到两个方向的硅纳米线的TE模，同时利用阵列波导光栅的双向性，实现了偏振不敏感的硅纳米线波导【Optics Express, 15（4）: 1567-1578, 2007】，此方法虽然比较巧妙，但仅适用于输入、输出都与光纤直接垂直耦合的情形，具有很大的局限性，不适合于与片上其它器件集成；（2） 发明人几年前提出的方法：在反射式阵列波导光栅的阵列波导中引入光栅型在线式偏振分束器，通过对TE、TM模引入不同的光程来实现偏振不敏感器件，此方法不引入额外工艺，能达到较好的补偿效果，但需要在制作过程中对波导尺寸进行较为精确的控制【IEEE Journal of Quantum Electronics, 45（6）: 654-660, 2009】；（3）国家发明专利“一种阵列波导光栅实现均匀偏振补偿的方法”（ZL）是通过引入特殊形状的平板波导区域来补偿器件偏振敏感性，但存在工艺容差小、不适用于N×N阵列波导光栅、也不适合于大通道数情况等缺点。由此可见，发明新的偏振补偿技术以实现偏振不敏感阵列波导光栅器件成为一项具有挑战性的工作。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种偏振不敏感阵列波导光栅波分复用器件。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括一条或多条输入波导、输入平板波导、多条阵列波导、输出平板波导以及一条或多条输出波导， 阵列波导的一端与输入平板波导相连，阵列波导的另一端与输出平板波导相连；其特征在于：每条输入波导与输入平板波导之间都各自具有一个正向单偏振模式转换器，每条输出波导与输出平板波导之间都各自具有一个反向单偏振模式转换器。