[发明专利]一种硅基偏振旋转器及其控制光信号偏振态的方法

权利要求书

1.一种硅基偏振旋转器，包括，依次级联的第一锥形波导结构、非对称定向耦合结构和第二锥形波导结构，所述非对称定向耦合结构包括以设定间距平行设置的两个宽度不同的波导臂，其中，所述非对称定向耦合结构的两个波导臂中宽度较窄的波导臂为第一波导臂，与所述第一锥形波导结构直接连接，宽度较宽的波导臂为第二波导臂，与所述第二锥形波导结构直接连接；

所述第一锥形波导结构，用于将输入光信号的TE0模式变换为有效折射率与所述非对称定向耦合结构中第二波导臂的TE1和TM0混合模式的有效折射率相同的光信号；

所述非对称定向耦合结构，用于将通过所述第一锥形波导结构变换后的光信号的TE0模式，耦合到非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式中；

所述第二锥形波导结构，用于将耦合到所述非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式的光信号变换到TM0模式输出。

2.如权利要求1所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，

所述第一锥形波导结构的输入侧的宽度大于输出侧的宽度，所述输入侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配，所述第一锥形波导结构的输出侧的宽度与所述非对称定向耦合结构中第一波导臂的宽度相同。

3.如权利要求1所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，

所述第二锥形波导结构的输入侧的宽度小于输出侧的宽度，所述输入侧的宽度与所述非对称定向耦合结构中第二波导臂的宽度相同，所述第二锥形波导结构的输出侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配。

4.如权利要求2或3所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，

所述第一锥形波导结构和所述第二锥形波导结构的长度分别满足模斑绝热变换的要求。

5.如权利要求1、2或3所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，

所述非对称定向耦合结构的第一波导臂为非对称定向耦合结构的输入端，与所述第一锥形波导结构的输出侧直接连接；

所述非对称定向耦合结构的第二波导臂为非对称定向耦合结构的输出端，与所述第二锥形波导结构的输入侧直接连接；所述第二波导臂的TE1模式和TM0模式混合度比值决定所述第二波导臂的宽度。

6.如权利要求5所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，

所述非对称定向耦合结构中两个波导臂之间的设定间距至少小于或等于200nm。

7.如权利要求5所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，

所述非对称定向耦合结构的第一波导臂和第二波导臂的长度相同，所述第一波导臂和第二波导臂的长度满足输入的光信号的TE0模式经过所述非对称定向耦合器输出时，功率全部转移到TE1和TM0混合模式上的要求。

8.如权利要求1所述的硅基偏振旋转器控制光信号偏振态的方法，包括，

光信号输入所述硅基偏振旋转器；

所述光信号以TE0模式首先通过所述硅基偏振旋转器中的第一锥形波导结构，变换为有效折射率与所述非对称定向耦合结构的第二波导臂的TE1和TM0混合模式的有效折射率相同的光信号；

再通过所述非对称定向耦合结构，耦合到所述非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式中；

最后经过所述第二锥形波导结构变换成TM0模式输出。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光信号以TE0模式先通过所述硅基偏振旋转器中的第一锥形波导结构包括：

所述光信号以TE0模式从所述第一锥形波导结构的输入侧输入，从所述第一锥形波导结构的输出侧输出，模斑尺寸发生变换，其中，所述第一锥形波导结构的输入侧的宽度大于输出侧的宽度，所述第一锥形波导结构的输入侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配，输出侧的宽度与所述非对称定向耦合结构的第一波导臂的宽度相同。