[发明专利]具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器及其设计方法

权利要求书

1.一种具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器的设计方法，其中，所述90°相移光混合器至少包括多模干涉耦合器，其特征在于，所述具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器的设计方法至少包括：将所述多模干涉耦合器中的多模区设计为矩形波导，确定所述多模区的尺寸，其方法如下：

分析计算所述多模区各阶模的有效折射率，以得到横电波TE模式和横磁波TM模式的拍长差及其与所述多模区的宽度、厚度的对应关系图；

预先选定所述多模区所需的厚度，在所述横电波TE模式和横磁波TM模式的拍长差为零的条件下，根据所述对应关系图确定所述多模区所需的宽度和长度，以使所述多模干涉耦合器工作时能够偏振不敏感，从而使所述90°相移光混合器具有偏振不敏感特性；

分析并计算所述多模区各阶模的有效折射率，以得到横电波TE模式和横磁波TM模式的拍长差及其与所述多模区的宽度、厚度的对应关系图，具体步骤如下：

分别分析并计算横电波TE模式和横磁波TM模式下的所述多模区中两个最低阶模的有效折射率；

根据所述横电波TE模式下的所述多模区中的两个最低阶模的有效折射率，计算所述横电波TE模式下的两个最低阶模传播常数，同时，根据所述横磁波TM模式下的所述多模区中的两个最低阶模的有效折射率，计算所述横磁波TM模式下的两个最低阶模传播常数；

根据所述横电波TE模式下的两个最低阶模传播常数计算所述横电波TE模式的拍长，同时，根据所述横磁波TM模式下的两个最低阶模传播常数计算所述横磁波TM模式的拍长；其中，所述横电波TE模式的拍长与所述横磁波TM模式的拍长相同或不同；

计算所述横电波TE模式和横磁波TM模式的拍长差；

为所述多模区预设多种厚度和宽度，多次重复上述步骤，统计所述多模区在不同厚度和宽度时对应的所述横电波TE模式和横磁波TM模式的拍长差，以坐标图的形式形成具有多条曲线的对应关系图；

预先选定所述多模区所需的厚度，在所述横电波TE模式和横磁波TM模式的拍长差为零的条件下，根据所述对应关系图确定所述多模区所需的宽度和长度，以使所述多模干涉耦合器工作时能够偏振不敏感，具体步骤如下：

预先选定所述多模区所需的厚度；

在所述横电波TE模式和横磁波TM模式的拍长差为零的条件下，通过所述对应关系图预估一多模区宽度区间，其中，所述多模区宽度区间所处位置对应所述预先选定的多模区所需的厚度；

在所述多模区宽度区间内选取多个宽度值，仿真计算并比较被选取的每个宽度值对应的横电波TE模式的多模区长度和横磁波TM模式的多模区长度，多次计算比较，直到其中一个被选取的宽度值满足其对应的横电波TE模式的多模区长度等于横磁波TM模式的多模区长度的条件，将该满足条件的宽度值确定为所述多模区所需的宽度，将满足条件的宽度值所对应的横电波TE模式或者横磁波TM模式的多模区长度确定为所述多模区所需的长度。

2.根据权利要求1所述的具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器的设计方法，其特征在于，两个模式下的两个最低阶模传播常数分别为零阶模传播常数和一阶模传播常数；

所述横电波TE模式下的两个最低阶模传播常数、所述横磁波TM模式下的两个最低阶模传播常数、所述横电波TE模式的拍长、所述横磁波TM模式的拍长以及所述横电波TE模式和横磁波TM模式的拍长差分别根据下列公式(a)～(c)计算：

β＝k₀*Neff＝2π*Neff/λ (a)

L_π＝π/(β₀-β₁)(b)

ΔL_π＝L_π(TE)-L_π(TM)(c)

其中，L_π为拍长，β为传播常数，β₀为零阶模传播常数，β₁为一阶模传播常数，k₀为波矢，Neff为有效折射率，λ为波长，L_π(TE)为横电波TE模式的拍长，L_π(TM)为横磁波TM模式的拍长，ΔL_π为横电波TE模式和横磁波TM模式的拍长差。