[实用新型]一种光偏振态检测芯片

说明书

本实用新型公开了一种基于波导光栅耦合器的光偏振态检测芯片，包括具有光栅区域以及四个输出端口的波导光栅耦合器，波导光栅耦合器的四个输出端口划分为相互垂直的两组，两组输出端口分别通过第一单模波导连接同一个多模干涉耦合器，并分别通过第二单模波导连接两个第一光电探测器；所述的第一单模波导、第二单模波导与波导光栅耦合器的输出端口之间均通过模式转换器连接；所述的多模干涉耦合器通过两个第三单模波导连接两个第二光电探测器。本实用新型所涉及的器件基于光波导器件，能够集成在同一衬底上，具有较高的集成度，能够在光通信、片上/片间光互连领域得到应用。

技术领域

本实用新型涉及光纤通信领域，具体涉及一种光偏振态检测芯片。

背景技术

偏振是光的本性之一，在光纤通信中必然存在着偏振的效应。早在上个世纪70年代，人们就开始对单模光纤的偏振特性进行了研究，1978年，Ashleigh和Ulrich首次在可见的文献中，对单模光纤的偏振模色散进行了定义和描述。但那时光通信尚处于起步阶段，偏振效应对于强度调制-直接检测的低速光通信系统几乎无任何影响，所以没有引起重视。

90年代后期，由于信息在社会各领域的流量不断加大而导致的对通信网络容量的巨大需求，高速度、长距离和大容量的光通信成为通信网络发展的必然趋势。而伴随着光网络的传输速率的不断加快和传输距离的不断加长，光纤中的偏振效应对于光通信系统产生的影响也不能够再被忽视。这些产生影响的偏振效应包括光纤的偏振模色散和偏振相关的非线性效应，光器件的偏振相关损耗，光放大器的偏振相关增益，调制器的偏振相关调制，探测器的偏振相关效应，相干系统的偏振相关灵敏度等。由于光信号偏振态变化的随机性，上述效应不仅使信号的幅度产生波动，形成偏振相关的幅度噪声，而且会因为与偏振相关的相位波动，引入信号的波形失真、频率啁啾和干涉噪声。这些都将严重损伤高速光通信系统的传输性能，限制系统的传输速率和传输距离，从而不得不付出很大的功率代价。

一般来说，普通光纤的输出偏振态为椭圆偏振态，且椭圆偏振态的形状是不断变化的。正是由于光纤偏振态随着传播的长度而随机变化和随时间及环境的改变所产生的不稳定性、不确定性和不可预知性，才造成了整个光路中信号偏振相关损伤。综上所述，检测光纤中偏振态的演变对解决偏振效应对光纤通信系统的限制问题是至关重要的。

通常由于只能检测到光的光功率，而不易检测到相位变化，因此常见的偏振态检测采用检测光波的斯托克斯矢量的方法，并且斯托克斯参量可以全面描述光的偏振态和光强度。目前在商业领域高速测量偏振态的方法主要有分波前方法和分光束方法。分波前方法即在测量装置的几个适当位置各引出一部分光，使用光电探测器测量它们的光强，斯托克斯参数由其计算得出。在商业化的产品中，Thorlabs公司的产品IPM5300在线式偏振计应用的便是这种原理。分光束方法即把一个入射光束使用分束器分成4束，分别通过四个设定好的偏振装置，使用4个光电探测器同时接收4路光强信息，然后计算出偏振态和偏振度。采用这种思路的商用偏振测量仪有Agilent的8509B和8509C。但是上述偏振检测器体积较大，且无法与基于平面工艺的平面光波导回路或集成电路集成，严重限制了系统集成度的提高。

因此，为了进一步促进系统集成度的提高，有必要提出新的偏振态检测芯片。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种光偏振态检测芯片，能够有效降低器件的面积，提高系统的集成度。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：包括具有光栅区域以及四个输出端口的波导光栅耦合器，波导光栅耦合器的四个输出端口划分为相互垂直的两组，两组输出端口分别通过第一单模波导连接同一个多模干涉耦合器，并分别通过第二单模波导连接两个第一光电探测器；所述的第一单模波导、第二单模波导与波导光栅耦合器的输出端口之间均通过模式转换器连接；所述的多模干涉耦合器通过两个第三单模波导连接两个第二光电探测器。