[发明专利]一种偏振分束旋转器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通讯技术领域，特别是涉及一种偏振分束旋转器及其设计方法。

背景技术

近年来，随着宽带接入网的迅速发展，宽带化成为接入网发展的最显著特征。视频点播、网络电视(IPTV)和网络游戏等高带宽业务逐渐被电信运营商和广电运营商视为新的业务增长点，用户对接入带宽的要求不断增张，因此，以现有的非对称数字用户环路(ADSL)为主的宽带接入方式已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以及安全性等方面的要求。面对这一困境，各国电信运营商把关注的目光投向了光纤到户(FTTH，FiberToTheHome)技术。光纤到户技术能够满足数据、语音、视频等综合业务对高宽带的需求，增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性支持，同时放宽了系统对环境条件和供电等要求，从而降低了安装和使用维护的成本，是一种理想的接入模式。

单纤三向复用器是光纤到户(FTTH)系统中最为关键的器件之一，如图1所示，单纤三向复用器将光系统中三个波段的光信号复用/解复用到一路信号中去，其中1310nm波段的光信号用于将用户信息上载到数据中心，1490nm波段的光信号用于将普通信息下载到用户终端，1550nm波段的光信号用于将视频信息下载到用户终端。

目前，各种类型的单纤三向复用器已经在SOI平台中被设计出来，但这些单纤三向复用器大多是具有偏振相关性的，只能工作在一种模式下(一般为横电波零阶模式TE₀)。单纤三向复用器的复用端与单模光纤进行光耦合，而单模光纤中的光信号具有随机的偏振态，因此光耦合的过程中就有两个困难需要解决，分别是偏振敏感性和大带宽耦合。为了解决这两个困难，研究人员设计出双波段偏振分束二维光栅耦合器和双波段偏振分束旋转器，但这两个器件都只能工作在1310nm波段、1490nm波段以及1550nm波段中的两个波段，且均是波长和工艺偏差敏感的，这些因素导致它们不能真正的应用于实际的光纤到户系统中去，即使应用到光纤到户系统中，其产生的效果也无法满足实际使用要求。

因此，如何解决单纤三向复用器的偏振敏感性和大带宽耦合问题、提高单纤三向复用器的实用性，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种偏振分束旋转器及其设计方法，用于解决现有技术中光纤到户系统中单纤三向复用器的偏振敏感性和大带宽耦合的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种偏振分束旋转器，所述偏振分束旋转器至少包括：串联的双层梯形模式转换器以及反向锥形耦合器；其中，

所述双层梯形模式转换器包括串联的第一梯形波导及第二梯形波导，所述第一梯形波导将横磁波零阶模式转化为横电波一阶模式、将横电波零阶模式直接输出，所述第二梯形波导连接于所述第一梯形波导及所述反向锥形耦合器之间，防止横电波一阶模式转化回横磁波零阶模式；

所述反向锥形耦合器包括于串联于所述第二梯形波导的第三梯形波导以及平行设置于所述第三梯形波导同一平面的第四梯形波导，所述第三梯形波导将所述双层梯形模式转换器输出的横电波零阶模式直接输出，所述第三梯形波导及所述第四梯形波导将横电波一阶模式耦合转化为横电波零阶模式后由所述第四梯形波导输出。

优选地，所述第一梯形波导包括中间凸起的第一脊形区和两侧下凹的第一平板区，所述第一脊形区和所述第一平板区的输入端宽度相等，且所述第一脊形区和所述第一平板区的宽度沿入射光的传输方向逐渐增大；所述第二梯形波导包括中间凸起的第二脊形区和两侧下凹的第二平板区，所述第二脊形区的宽度沿入射光的传输方向逐渐增大，所述第二平板区的宽度沿入射光的传输方向逐渐减小，且所述第二脊形区和所述第二平板区的输出端宽度相等。

优选地，所述第三梯形波导与所述第四梯形波导为矩形波导；所述第三梯形波导的宽度沿入射光的传输方向逐渐减小；所述第四梯形波导的宽度沿入射光的传输方向逐渐增大，且所述第三梯形波导的宽度大于所述第四梯形波导的宽度。

优选地，所述第三梯形波导和所述第四梯形波导的输出端分别连接一输出波导，两段输出波导之间的距离沿入射光的传输方向逐渐增大，以避免串扰。

优选地，所述第四梯形波导的输入端还连接一圆弧波导，用于消除由于波导不连续引起的模式耦合损耗和辐射损耗。

更优选地，所述偏振分束旋转器制备于绝缘体上硅平台，且所述偏振分束旋转器上覆盖有包层。

更优选地，所述偏振分束旋转器适用于1310nm波段～1550nm波段。