[发明专利]一种基于硅基槽式波导耦合的偏振旋转器

说明书

本发明公开了一种基于硅基槽式波导耦合的偏振旋转器，包括用于输入光信号的输入波导、直通波导和耦合波导，输入波导与直通波导的输入端相连，直通波导和耦合波导平行放置，耦合波导的输出端连接有输出波导；所有波导均为硅基槽式波导，直通波导和耦合波导的槽和包层均覆盖有各向异性材料。当TE/TM偏振态的光信号从输入波导进入直通波导后，由于各向异性材料的存在，光信号的偏振状态发生旋转；同时，光信号向耦合波导中耦合，信号当偏转至TM/TE模式并全部耦合到耦合波导中时，从输出波导中输出TM/TE偏振态的信号，实现偏振旋转效果。该偏振旋转器具有结构紧凑、工作带宽大、制造工艺简单、制造容差性好等优点。

技术领域

本发明涉及集成光学技术领域，具体是一种新型的基于硅基槽式波导耦合的偏振旋转器。

背景技术

近年来，光子集成技术迅猛发展。为了缩小光子器件的尺寸，成本低廉、技术成熟的CMOS工艺被广泛应用到光子集成领域中。利用高折射率差的材料如绝缘层上硅，可以大大提高集成度，但同时会产生明显的双折射现象，导致偏振相关损耗、偏振相关增益的产生。因此研制光偏振控制器件来消除双折射的负面影响就显得十分必要。光偏振控制器件包括偏振旋转器和偏振分离器。目前，研究人员提出了多种实现偏振旋转的设计方案，如利用光子晶体结构，采用电光或磁光材料等。但是这些方案都或多或少存在一些问题，主要包括器件的关键尺寸不易精确控制，制造难度大，由此带来额外的损耗，转换效率偏低等。因此，设计出结构紧凑、性能优越、制造方便的新型偏振旋转器就显得很有意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于硅基槽式波导耦合的偏振旋转器，采用了硅基槽式波导定向耦合器结构，并将直通波导和耦合波导的槽和包层覆盖各向异性材料，利用材料的各向异性性质，达到偏振旋转的效果；这种偏振旋转器具有制造结构简单、制造容差性好、成本低廉、易于集成、工作带宽广、转换效率高等优点。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于硅基槽式波导耦合的偏振旋转器，包括用于输入光信号的输入波导、直通波导和耦合波导，输入波导与直通波导的输入端相连，直通波导和耦合波导平行放置，耦合波导的输出端连接有输出波导；所有波导均为硅基槽式波导，直通波导和耦合波导的槽和包层均覆盖有各向异性材料。

本发明在使用时，当TE/TM偏振态的光信号从输入波导进入直通波导后，由于各向异性材料的存在，光信号的偏振状态发生旋转；同时，光信号向耦合波导中耦合，信号当偏转至TM/TE模式并全部耦合到耦合波导中时，从输出波导中输出TM/TE偏振态的信号。

优选的，所述输入波导和输出波导均为直波导。

有益效果：本发明提供的基于硅基槽式波导耦合的偏振旋转器，与现有技术相比，具有以下有点：

1、结构简单，紧凑易于集成。输入、输出波导为槽式波导，直通波导和耦合波导槽平行放置，结构简单，没有弯曲、倾角等复杂结构。采用绝缘体上硅平台制造，易于与同平台的其他光子器件集成。

2、制造难度低、可靠性高。本发明器件的整体尺寸都只在微米或者亚微米量级，可以利用现有的成本低廉、技术成熟的CMOS工艺技术制造；基于CMOS工艺的成熟标准，制造的器件可靠性也可以得到充分的保证。

3、使用方便，扩展灵活。本发明技术方案中所阐述的方式主要用于设计偏振旋转器，若调整并优化耦合长度、间隔距离等参数，可实现直通波导和耦合波导输出不同偏振态的信号，即偏振分离效果。而且，包层覆盖材料为各向异性材料，选择余地较多。

附图说明

图1为本发明第一个实例的结构示意图。

图2为本发明第一个实例中直通波导和耦合波导处的横截面结构示意图。