[发明专利]一种基于圆偏振的光纤耦合器及其制造与使用方法

说明书

本发明公开了一种基于圆偏振的光纤耦合器及其制造与使用方法，涉及微纳光学及偏振光学领域，该光纤耦合器包括基底和硅纳米棒阵列，硅纳米棒阵列由刻蚀在基底上的多个硅纳米棒单元排列而成，同一硅纳米棒单元中的硅纳米棒的结构参数相同，不同的硅纳米棒单元中的硅纳米棒的结构参数不同；不同的硅纳米棒单元以不同的转角α设于对应的基底上，转角为硅纳米棒长轴与工作面坐标系xoy中x轴的夹角。本发明的光纤耦合器具有较小的尺寸结构，插入损耗小，相位调节精确，可实现将入射光中的两种不同的圆偏振光转化为两个不同的光纤模式，减少了光学装置的复杂度。

技术领域

本发明涉及微纳光学及偏振光学领域，具体涉及一种基于圆偏振的光纤耦合器及其制造与使用方法。

背景技术

随着单模光纤的传输容量已接近极限，采用少模光纤或多模光纤的模分复用光纤传输系统得到越来越多的应用。其中，光纤耦合器是该系统中重要的光学器件，其作用是将单模光纤中的基模光信号转化成高阶模，并耦合到少模光纤或多模光纤中传输。

常用的光纤模式转化多是通过相位片、光子集成波导、光纤束和三维光波导等实现的。现有的光纤模式耦合器均存在着功能单一的缺陷，运用这些技术的光纤耦合器都只能将单模光纤中的光信号转化为一个多模光纤中的模式。假如模分复用系统中采用了三个高阶模，则需要使用到三个不同的光纤耦合器，多个耦合器的使用增加了光学系统的复杂度。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于圆偏振的光纤耦合器及其制造与使用方法，可实现将入射光中的两种不同的圆偏振光转化为两个不同的光纤模式。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于圆偏振的光纤耦合器，其包括：

基底；

硅纳米棒阵列，其由刻蚀在上述基底上的多个硅纳米棒单元排列而成，同一上述硅纳米棒单元中的硅纳米棒的结构参数相同，不同的上述硅纳米棒单元中的硅纳米棒的结构参数不同；

不同的上述硅纳米棒单元以不同的转角α(i，j)设于对应的基底上，上述转角为硅纳米棒长轴与工作面坐标系xoy中x轴的夹角，并满足硅纳米棒单元内，入射左旋圆偏振光时，α(i，j)＝(Φ₁(i，j)-Φ₂(i，j))/2；入射右旋圆偏振光时，α(i，j)＝(Φ₂(i，j)-Φ₁(i，j))/2；其中，i，j表示x和y轴方向上第(i，j)个硅纳米棒单元，Φ₁(i，j)为该硅纳米棒单元旋转后相位延迟，Φ₂(i，j)为该硅纳米棒单元未旋转前相位延迟；其中，

所有的所述硅纳米棒(3)的高度相同；

一个所述硅纳米棒(3)与其对应的基底部分组成一个硅纳米棒结构。

基于第一方面，在可能的实施例中，上述基底为二氧化硅基底。

基于第一方面，在可能的实施例中，上述硅纳米棒的长度、宽度与高度均为亚波长尺寸。

基于第一方面，在可能的实施例中，各上述硅纳米棒单元中的硅纳米棒数量均相同。

第二方面，本发明实施例提供了一种上述的基于圆偏振的光纤耦合器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定工作波长，根据所需的光纤模式确定所需要的硅纳米棒单元个数以及每个硅纳米棒单元的相位延迟；

硅纳米棒的结构参数优化：采用电磁仿真法，在工作波长下，以水平线偏振光和垂直线偏振光同时垂直入射硅纳米棒阵列工作面，以透射率及硅纳米棒的相位延迟为优化指标，扫描硅纳米棒的结构参数，以获得最优结构参数；

采用反应离子刻蚀工艺制造所设计的光纤耦合器。