[发明专利]一种基于波导结构的新型光隔离器

说明书

技术领域

本发明属于集成光电子器件领域，具体涉及一种基于波导结构的新型光隔离器(Optical Isolator)。其中利用了普通镜面反射的特性，使得反射光的偏振态与输入线偏振光的偏振态垂直，从而实现光隔离的效果。如果在特定的要求下，还需要实现光功率的隔离，则可以在隔离器前端设计一个同样基于光波导结构的偏振分束器(Polarization Beam Splitter)来将反射光消除。本发明在降低器件成本以及光电子器件的单片集成等方面有潜在的应用价值。

背景技术

光隔离器是一种允许光正向通过而隔断反射光的无源光器件，其作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输。

光通信网络中用半导体激光器作为光源，而半导体激光器对光纤的反射光噪声非常敏感，会严重影响光网络的性能。光隔离器可以隔断光纤反射光，从而有效地保护半导体激光器。

目前传统光隔离器主要部件是具有非互异性的法拉第旋偏器。法拉第旋偏器基于磁光晶体的法拉第效应，它可以将同一波长的正向入射光及反向入射光的偏振面都向同一个方向旋转同一个角度，而与光束传播方向无关。

一种偏振相关的光隔离器由法拉第旋偏器以及两个透光轴成45°夹角的偏振片构成，其工作原理如下：

①.入射光首先通过一个偏振片P₁变成线偏振光。

②.该线偏光通过法拉第旋偏器，在外加磁场的作用下，其偏振方向旋转45°，刚好和第二个偏振片P₂的透光轴重合，于是正向光可以顺利通过。

③.反射光在反向通过法拉第旋偏器的时候，偏振方向会和正向传输光沿相同的方向旋转45°。这样，其偏振方向与P₁的透光轴成90°夹角，不能通过偏振片P₁,从而实现隔离反射光的效果。

另外还有偏振无关的隔离器设计以及若干集成器件设计方案。这些方案的原理均为利用法拉第效应的非互易性实现光隔离。这种方案存在着一些不可克服的缺点，主要表现在：

①.需要额外加一个磁场来得到法拉第效应。

②.器件体积大，结构复杂，价格高。

③.磁光晶体不能在常用作光器件集成的材料上直接生长，需要采用沉积或粘合的方法，工艺实现难度大，不适合与其他光电器件进行单片集成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于波导结构的新型光隔离器，不采用任何磁光晶体。解决传统利用法拉第效应设计的光隔离器的结构复杂，价格高，不利于与其他光电器件单片集成等问题。以满足目前光通信系统中对成本的控制以及与其它光电器件进行单片集成的要求。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的基于光波导结构的新型光隔离器，其结构是：无需采用任何磁光材料，由衬底和位于该衬底之上的两部分波导层构成，其中，第一波导为对波导层上通过第一次刻蚀形成的直波导进行第二次刻蚀时，保护一部分不被刻蚀而形成的有一段凸起的波导；第二波导为二次刻蚀时不作保护而得到的普通直波导。

所述衬底可以采用能够形成平面光波导的介质材料。

所述介质材料可以采用单晶硅、磷化铟、砷化镓、蓝宝石或碳化硅。

所述波导层可以采用能够形成平面光波导的介质材料。

所述介质材料可以采用单晶硅，二氧化硅，磷化铟、铟镓砷磷、铝镓铟砷、砷化镓、铝镓砷、氮化镓、铟镓氮或铝镓氮。

作为输入光源某特定波长的线偏振光通过隔离器时将被转换为圆偏振光输出，相当于一个波片的作用；而正向输出的圆偏振光被反射回来之后反向再次通过隔离器，被隔离器转换为与最初输入线偏振光垂直的线偏振光，从而实现反向光隔离的效果。

本发明提供的基于光波导结构的新型光隔离器，其由上述基于光波导结构的新型光隔离器在波导输入端口前集成为基于光波导结构的偏振分束器构成。

所述偏振分束器可使反射光导入到与入射光不同的端口，从而实现光功率的隔离。

本发明与现有光隔离器相比具有以下技术优点：

1.结构简单，制作工艺难度低。

整个光隔离器仅需要两次刻蚀：第一次刻蚀出直波导，第二次在直波导上做刻蚀时保留一部分而形成第一波导和第二波导。而且不引入任何磁光晶体材料，不需要特殊的沉淀或粘合技术。

2.成本低廉：