[发明专利]一种真零级集成光波导型全波片

说明书

本发明公开了一种真零级集成光波导型全波片。包括一段双折射光波导和两段锥形光波导，输入光波导经双折射光波导和输出光波导连接，且在在所述输入光波导与所述双折射光波导之间、所述双折射光波导与所述输出光波导之间均经锥形光波导连接；所述的输入光波导和输出光波导中，准TE模的有效折射率等于准TM模的有效折射率；所述的双折射波导和两段锥形光波导中，准TE模的有效折射率与准TM模的有效折射率均存在差异。本发明所公开的真零级集成光波导型全波片可以实现输入的两个相互垂直偏振方向上的线偏振光产生360度相移，而保持光的偏振状态不变。而且，这种器件具有结构简单，高精度和性能可靠的重要特点。

技术领域

本发明涉及了属于光器件、集成光学领域的一种光学全波片，尤其是涉及一种真零级集成光波导型全波片。

背景技术

集成光学是在光通信、光计算及光信息处理等新兴技术需求的基础上应运而生的。集成光学的概念在1969年被首次提出，其基本思想是指在同一块衬底的表面上，用折射率略高的材料制作光波导，并以此为基础再制作光源、光调制器、分路器、耦合器、光栅等各种器件。通过这种集成化，可以实现光学系统的小型化、轻量化、稳定化和高性能化的目的。部分集成光学器件已经在光通信、光传感，以及光互连领域获得实际应用，并且体现出光路集成的巨大优势。

波片能够使相互垂直的两振动间产生光程差(或相位差)，在传统光学领域用来实现对光束的偏振转换。在集成光学领域中，也需要使用偏振转换器件来转换光的偏振状态，譬如偏振复用技术中需要对光导波的偏振状态进行转换；在光干涉器件中也需要对光导波的偏振状态进行控制，以获得最优的干涉效果。截至目前，人们针对集成光路中的偏振转器已经进行了一些研究工作，设计并制作了铌酸锂、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体以及聚合物光波导芯片上设计并制作了偏振转换器。譬如杨建义等(杨建义，Zhou Qingjun，江晓清，王明华，RayT.Chen，基于斜极化法的电光聚合物光波导偏振转换器，半导体学报，2003，24[11]:1217-1221)提出通过对电光聚合物波导的电极化制作集成光波导波导偏振转换器。这些偏振转换器材料通常具有精细的结构，或者需要对光波导器件制作工艺进行精确的控制，制约了器件性能，提高了器件的制作成本，并因此使偏振转换器在集成光路中的使用受到一定限制。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种真零级集成光波导型全波片。

本发明所采用的技术方案是：利用波导几何尺寸产生的双折射效应，具体说通过波导芯部横截面高度和宽度的不同产生条形光波导中准TE模导波与准TM模导波之间折射率的差异，使耦合进入光波导内部的准TE模导波与准TM模导波之间产生一个波长的光程差(对应360度相移)，形成集成光波导型真零级全波片。

本发明包括输入光波导、输出光波导、一段双射光波导和两段锥形光波导，输入光波导经双折射光波导和输出光波导连接，且在在所述输入光波导与所述双折射光波导之间、所述双折射光波导与所述输出光波导之间均经锥形光波导连接；所述的输入光波导和输出光波导中，准TE模的有效折射率等于准TM模的有效折射率；所述的双折射波导和两段锥形光波导中，准TE模的有效折射率与准TM模的有效折射率均存在差异。

所述的双折射波导和两段锥形光波导中，准TE模的有效折射率与准TM模的有效折射率的差异使得经过双折射波导或者每根锥形光波导的准TE模导波与准TM模导波之间从输入到输出累计产生360度相移。

所述的准TE模导波与准TM模导波有效折射率的差异通过光波导芯部几何尺寸的差异产生的双折射效应来实现。具体是通过双折射光波导和两段锥形光波导的波导芯部横截面高度和宽度进行设置。

所述的全波片在二氧化硅基片上通过沉积技术制作；或者在玻璃基片上通过离子交换方式或者激光直写方式制作；或者在SOI基片上通过刻蚀方式制作；或者在Ⅲ-Ⅳ化合物半导体(包括GaAs，InP)基片上通过外延生长和刻蚀方式制作。

所述的Ⅲ-Ⅳ化合物半导体包括GaAs和InP。