[发明专利]波导型偏振转换器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种波导型偏振转换器，包括偏振转换波导以及与所述偏振转换波导两端耦合的输入波导和输出波导，所述偏振转换波导包括波导层、介质层和金属层，所述介质层覆设于所述波导层的顶面和至少一侧面，所述金属层覆设于所述介质层的顶面和一侧面。本发明还公开了如上所述偏振转换器的制备方法。本发明提供的基于表面等离激元的波导型偏振转换器，其制备工艺简单、尺寸紧凑、偏振转换效率高，在光子集成回路中具有重要应用前景。

技术领域

本发明涉及偏振转换器及其制备方法，尤其涉及一种基于表面等离激元的波导型偏振转换器及其制备方法，属于集成光电子技术领域。

背景技术

由于二氧化硅与硅之间具有较高的折射率差，硅基纳米光子器件都具有较强的偏振相关的结构双折射。在光纤通信应用中，由于光纤中光传播模式偏振态的随机性，硅基纳米光子器件特别是硅波导的偏振选择性将引起偏振模色散、偏振相关损耗、波长偏振相关等问题。此外，近年来偏振在光通信中被作为光信号中区别于波长的另一个维度进行复用，实现带宽的提高，因此对硅基纳米光波导中偏振态的控制就显得尤为重要。偏振转换器就是一类用于控制光波导偏振的器件，这种器件通常在硅波导上制备带有倾斜角度的波导结构来实现两种偏振模式的转换(H.H.Dengetal.,J.Lightwave.Technol.Vol.23432-445,2005)，但倾斜的波导坡面增加了工艺制作的难度。在此基础上发展的台阶式波导结构(Z.Wangetal.,J.Opt.Soc.Am.BVol.25747-753,2008)依然需要多步对准光刻来实现器件制备。因此，提供一种制备方法简单，尺寸紧凑，偏振转换效率高的偏振转换器具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于表面等离激元的波导型偏振转换器，该偏振转换器可以在较短波导长度内获得高效的偏振转换，并且其结构简单，制备工艺中不需要高精度对准的多次光刻，降低了工艺难度。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种波导型偏振转换器，包括偏振转换波导以及与所述偏振转换波导两端耦合的输入波导和输出波导，其中，所述偏振转换波导包括波导层、介质层和金属层，所述介质层覆设于所述波导层的顶面和至少一侧面，所述金属层覆设于所述介质层的顶面和一侧面。

优选地，所述波导层为条形或脊形波导。

优选地，所述介质层的材料选自折射率在1.35～2.2范围内的无机材料或有机聚合物材料或无机材料与有机聚合物材料组合。

优选地，所述介质层的厚度为5～150纳米。

优选地，所述介质层的材料为二氧化硅、氮化硅、氟化镁、氧化铟锡或硒化锌。

优选地，所述金属层的材料选自金、铂、银、铜、铝、钛中的任意一种或多种的组合。

优选地，所述金属层的厚度为30～200纳米。

优选地，所述波导层的高度为200～600纳米，宽度为200～600纳米。

优选地，所述输入波导和输出波导具有相同的高度和宽度。

优选地，所述波导层包括至少两个传播模式，并且波导层的长度为其中Δβ为最低阶两个传播模式的传播常数之差，所述波导层的长度误差不超过5％。

优选地，所述波导层的传播模式的电磁场分布形成的光轴相对于输入波导的传播模式的光轴偏转角为45度，误差不超过6％；

其中，光轴偏转角的定义为：

式中θ为光轴偏转角，Hx(x,y)和Hy(x,y)分别为x和y偏振方向的磁场分量。

优选地，所述波导层制备于SOI晶片的顶层硅材料层上。