[发明专利]一种硅基双段式槽波导偏振旋转器和偏振旋转方法

说明书

本发明提出一种硅基双段式槽波导偏振旋转器和偏振旋转方法，包括槽波导和尺寸相同的第一至第四条形波导；第一、第二条形波导为一组形成第一偏振旋转区，第三、第四条形波导为一组形成第二偏振旋转区，第一、第二偏振旋转区顺次连接；成为一组的两条形波导分置槽波导两侧，且第一、第三条形波导位于槽波导的同一侧，第二、第四条形波导位于槽波导的另一侧；第一、第四条形波导顶面与槽波导顶面平齐，第二、第三条形波导底面与槽波导底面相平齐。对于包含任意偏振态的输入光信号在经过该器件的第一和第二偏振旋转区之后，在输出端能够输出与之正交的另一偏振态光信号，从而实现偏振旋转的功能。

技术领域

本发明涉及集成光学技术领域，具体涉及一种硅基双段式槽波导偏振旋转器和偏振旋转方法。

背景技术

光子集成回路技术近年来飞速发展，特别是基于绝缘体上硅(Silicon-on-insulator,SOI)材料平台，在构建片上超紧凑、高性能、低功耗、低成本的光集成器件和系统方面受到了研究人员的广泛关注。但是SOI材料固有的高折射率差特性不可避免地会给器件和系统的设计带来明显的结构双折射效应，产生强烈的偏振相关性，这将极大地限制光子集成回路在片上光通信中的大规模商业化应用。为此，片上偏振分集方案被提出用以实现偏振透明传输，而偏振分束器和旋转器是其中的必备部件。针对偏振旋转器，目前研究人员已经提出了众多的器件方案，包括采用非对称定向耦合器、非对称倾斜波导、亚波长狭缝、光子晶体结构和电光/磁光材料等，用以改变结构或者材料的垂直对称性，进而实现偏振态旋转的功能。现阶段偏振旋转器还存在一些问题，特别是尺寸较大、偏振旋转效率较低和对工艺制作要求较高等，所以需要找寻新的方法以有效提高器件的整体性能，为实现片上高密度偏振无关传输及高速偏振复用传输奠定基础。

最近，一种新颖的波导结构—槽波导被提出，基于其特殊的结构，能够获得显著的场增强效应和局域场分布特性。如今，这种波导已经被用于多种有源和无源器件中，包括：有机混合光调制器、定向耦合器、微环谐振器、多模干涉耦合器、分束器和传感器等。在这些器件中，主要利用了槽波导的场增强效应模式，以有效提高器件的灵敏度、耦合效率、工作带宽等。考虑到槽波导也是偏振敏感性结构，其偏振相关性甚至比普通的硅基纳米线更强，所以在利用槽波导构建片上光子集成回路时，偏振管理是一个急需解决的关键问题，在实际运用中，我们需要将槽波导的另一个偏振模式转为具有场增强效应的模式，从而使得其在功能器件中的优势更加明显。据此，针对槽波导，设计一种具有尺寸小、工作带宽大、偏振旋转效率高、插入损耗低的偏振旋转器显得十分重要。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，提供一种尺寸小、工作带宽大、偏振旋转效率高、插入损耗低的偏振旋转器，本发明提出一种硅基双段式槽波导偏振旋转器和偏振旋转方法。

技术方案：为实现上述技术效果，本发明提出的技术方案为：

一种硅基双段式槽波导偏振旋转器，它包括槽波导和尺寸相同的第一条形波导4、第二条形波导5、第三条形波导6、和第四条形波导7；所述槽波导延长度方向分为输入槽波导1、传输槽波导2和输出槽波导3；传输槽波导2沿长度方向均分为两段：第一传输段和第二传输段，其中，第一传输段两侧分别设有位置相对的第一条形波导4和第二条形波导5，第一条形波导4的顶面与传输槽波导2顶面相平齐，第二条形波导5的底面与传输槽波导2底面相平齐；第二传输段两侧分别设有位置相对的第三条形波导6和第四条形波导7，第三条形波导6的底面与传输槽波导2底面相平齐，第四条形波导7的顶面与传输槽波导2顶面相平齐；第一条形波导4和第三条形波导6位于传输槽波导2的同一侧，第二条形波导5和第四条形波导7位于传输槽波导2的另一侧。

进一步的，所述槽波导由两根平行的硅基纳米线组成，两根硅基纳米线之间形成微槽。

进一步的，所述硅基纳米线的宽度为200nm，两根硅基纳米线之间的微槽宽度为100nm～120nm，第一至第四条形波导的长度为3.0μm～3.6μm。