[实用新型]一种基于表面等离子体亚波长光栅的偏振分束器

说明书

本实用新型提供了一种基于表面等离子体亚波长光栅的偏振分束器，包括等离子体亚波长光栅和以相同间隔平行设于所述等离子体亚波长光栅两侧的J型硅波导与第一输出硅波导，所述等离子体亚波长光栅依次包括第一亚波长光栅层、金属覆盖层和第二亚波长光栅层，所述金属覆盖层位于宽度相等的两个所述亚波长光栅层之间，所述J型硅波导包括弧形硅波导和连接在所述弧形硅波导两端的输入硅波导与第二输出硅波导。本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的偏振分束器通过将表面等离子体与亚波长光栅的优势结合，大大减少了耦合长度，实现了尺寸减小的目的，并且获得偏振消光比高、插入损耗低、工作带宽大的效果。

技术领域

本实用新型涉及光波导技术领域，尤其涉及一种基于表面等离子体亚波长光栅的偏振分束器。

背景技术

作为集成光子电路的基本功能元件，当需要偏振控制时，偏振分束器(polarization beam splitter)可用于许多应用。特别是对于相干接收器和超密集片上网络，需要具有高性能的紧凑偏振分束器。迄今为止，偏振分束器大多数都基于模式耦合原理，或绝热模式演化。然而，这种技术具有尺寸大的缺点。

为了减小尺寸，一种有效的方法是设计具有高双折射的偏振分束器波导，以实现紧凑的偏振分束器。其中，表面等离子体波导表现出较大的双折射并且表面等离子体激元以电磁波的形式沿电介质和金属导体之间的界面传播，是实现高密度集成光子电路的有效方法。

亚波长光栅是一种栅距远小于通过该光栅传播的光波波长的结构，表现为均匀介质，由于亚波长光栅结构的几何不对称性引起的双折射，亚波长光栅具有天然的偏振效应，通过改变光栅占空比可以修改亚波长光栅的材料折射率。亚波长光栅为新型光子器件的设计提供了新的自由度，许多器件包括偏振分束器的性能都得到了提高。然而，目前硅基偏振分束器的尺寸通常在几十微米左右，偏振消光比在插入损耗(0.5dB左右)保持较低水平的情况下难以达到高偏振消光比(30dB左右),工作带宽难以覆盖整个C(1530-1560nm)波段。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种结构简单、偏振消光比高、工作带宽大的基于表面等离子体亚波长光栅的偏振分束器。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于表面等离子体亚波长光栅的偏振分束器，包括等离子体亚波长光栅和以相同间隔平行设于所述等离子体亚波长光栅两侧的J型硅波导与第一输出硅波导，所述等离子体亚波长光栅沿从所述J型硅波导到所述第一输出硅波导方向上依次包括第一亚波长光栅层、金属覆盖层和第二亚波长光栅层。

所述J型硅波导的宽度w₁和所述第一输出硅波导的宽度w₂相等。

所述第一亚波长光栅宽度e₁和所述第二亚波长光栅的宽度e₂相等，并均处于152.5-192.5nm范围。

进一步地，所述金属覆盖层的厚度t处于10-30nm范围。

进一步地，所述等离子体亚波长光栅与所述J型硅波导和所述第一输出硅波导之间的间隔d均处于175-225nm范围。

进一步地，所述J型波导、等离子体亚波长光栅与所述第一输出硅波导高度h₁、h₂和h₃相同。

所述J型硅波导包括弧形硅波导和连接在所述弧形硅波导两端的输入硅波导与第二输出硅波导，所述等离子体亚波长光栅和所述输入硅波导构成第一耦合区，其耦合长度为L₁，所述等离子体亚波长光栅和所述第一输出硅波导构成第二耦合区，其耦合长度为L₂。

进一步地，所述耦合长度L₁处于1.7μm-2.5μm范围，所述耦合长度L₂处于1.7μm-2.5μm范围。