[实用新型]基于亚波长光栅的定向耦合型TM起偏分束器

说明书

技术领域

本实用新型属于微纳光电子、硅光子器件技术领域，具体是指一种基于亚波长光栅的定向耦合型TM起偏分束器。

背景技术

Silicon on insulator(绝缘衬底上硅)作为一种新型硅基集成电路和光电子材料，由于其较大的折射率差异，与CMOS兼容的特点得到了广泛的应用。但其偏振敏感的特点使其应用受到了较大的限制，因而如何研制出偏振控制器件是当下微纳光电子器件研究的重点。偏振分束器和起偏器是解决如何将两种偏振态的光同时传输的重要器件，也是集成光路应用最广泛的器件。集成电路的小型化要求减小器件的尺寸，但这会受到工艺的限制，所以以缩小器件尺寸提高集成度的方法遇到了制作工艺的瓶颈。运用单一器件实现多种功能成为提高系统集成度的又一方向。

发明内容

本实用新型所要解决的技术方案是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种基于亚波长光栅的定向耦合型TM起偏分束器，运用单一器件实现起偏器和分束器两种功能，大大提高光电子器件的集成度，而且结构简单易于设计制造。

本实用新型采用的技术方案是：一种基于亚波长光栅的定向耦合型TM起偏分束器，在一个非对称定向耦合器上引入亚波长光栅，其中一根有亚波长光栅的波导为通道一，另一根无亚波长光栅的波导为通道二。当光束从通道一入射时，TE偏振态光被亚波长光栅反射回来，TM偏振态光经亚波长光栅区域耦合进入通道二输出，实现TM偏振起偏器；当光束从通道二入射时，TE偏振态光经通道二传输输出，而TM偏振态光经亚波长光栅区域耦合进入通道一输出，实现TE和TM偏振分束器。

上述技术方案中，横电波即TE偏振：s偏振态即垂直偏振态，电场指向x轴方向，电场所在平面与波传播方向垂直。横磁波即TM偏振：p偏振态即水平偏振态，磁场指向x轴方向，磁场所在平面与波传播方向垂直。

上述技术方案中，所述的非对称定向耦合器的通道一和通道二由两根不对称的波导组成，所述波导为绝缘衬底SiO₂底板上的Si条，其中通道一为直线形波导，通道二的波导包括依次连接的输入直线段、弧形过渡段、耦合直线段、弧形过渡段和输出直线段；与通道二耦合直线段对应平行的通道一耦合段波导上等距离刻有若干平行的矩形槽，形成亚波长光栅，等距离刻有若干平行矩形槽的通道一耦合段与通道二的耦合直线段构成亚波长光栅区域。

上述技术方案中，所述的通道一波导高220nm，宽480nm，耦合段长10-20µm；耦合段等距离刻有的矩形槽高160-200nm，宽300-500nm，槽与槽间的距离为100-300nm，矩形槽与通道一波导垂直。

上述技术方案中，所述的通道二波导高220nm，宽500nm，耦合直线段长10-20µm。

上述技术方案中，所述的通道二波导弧形过渡段的弯曲角为75-90°。

上述技术方案中，所述通道一耦合段和通道二耦合直线段之间的距离为100-200nm。

上述技术方案中，所述绝缘衬底SiO₂底板厚度为2µm。

上述技术方案中，所述通道一耦合段波导上等距离刻若干矩形槽，采用现有技术的化学腐蚀和光刻技术在SOI顶硅上加工设计器件。所述SOI基片包括SiO₂底板及SiO₂底板的硅。

本实用新型的技术特点和显著效果：

在光电技术领域越来越多的实验研究开始集中在硅片上的纳米尺寸集成光学、光电子器件，由于硅的折射率比二氧化硅的折射率高很多，并且具有与金属氧化半导体CMOS兼容的特性，因此绝缘衬底上的硅（SOI）被用作制备这些微纳器件。然而，由于硅和二氧化硅的折射率差异，SOI材料所制备的光子器件大都是偏振敏感的，这就使得同一微纳器件不能对不同的偏振态同时进行操作。

起偏器，也可以称为偏振滤波片，它可以制备线性的、高消光比以及大带宽的线性偏振光，偏振分束器是另一种要求具有高消光比的偏振控制器件，这些器件都具有易于集成的特点。然而，大多数微纳器件只有一个功能，因此制备出多种功能的微纳器件比缩小器件尺寸增加工艺难度来提高系统的集成度更加行之有效，本实用新型所提出的新方案正是基于这一技术原理而设计的：在不对称的定向耦合器中引入亚波长光栅结构，该结构可以同时实现TM型起偏器和偏振分束器。