[发明专利]一种基于PT对称的非互易偏振分束器

说明书

本发明公开了一种基于PT对称的非互易偏振分束器。包括三级PT对称定向耦合器；第一级PT对称定向耦合器的第一损耗单模波导输出经损耗弯曲波导与第二级PT对称定向耦合器的第二损耗单模波导输入连接，第一级PT对称定向耦合器与第三级PT对称定向耦合器通过增益多模波导连接后，经增益弯曲波导与第二增益多模波导连接；第二级PT对称定向耦合器的增益单模波导实现TE₀模式输出；第三级PT对称定向耦合器的第三损耗单模波导实现TM₀模式输出；利用三级PT对称定向耦合器，并通过光泵浦调节波导的折射率虚部从而构成非互易偏振分束器。基于PT对称原理，在破缺状态下光只能在增益波导传输，实现非互易传输，有效抑制反射光的影响。

技术领域

本发明涉及偏振分束器，特别是涉及一种基于PT对称的非互易偏振分束器。

背景技术

21世纪以来，人们对信息的处理和传输需求日益增长，基于电互连的大规模集成电路起到了至关重要的作用，但是传统的电互连也逐渐走向瓶颈，科研人员提出了基于光互连的解决方案，结合成熟的半导体工艺，构建起了集成光电子学，能够制作出低成本、低功耗、高集成度、高带宽的光子集成电路，为未来的光通信领域的发展做好了铺垫，具有非常好的应用前景。而在光通信领域中，偏振分束器是一种非常重要的功能器件，能够将TE模式和TM模式分离开来，从而实现更好的光子系统控制。目前偏振分束器主要包括波导耦合型偏振分束器和光栅耦合型偏振分束器，其中波导耦合型偏振分束器基于耦合模理论，结构简单、易于设计，从而得到广泛的应用。

在未来的光互连系统中，非互易器件也具有非常重要的作用，从而实现任意的光操作。人们基于硅材料对偏振分束器做了大量的研究，并取得了很多成果，但器件仍不能避免反射光的影响。目前非互易器件的实现主要利用法拉第效应来实现，但这需要外加强磁场，不便于片上集成。研究人员发现利用宇称-时间(PT)对称的特殊性质，通过调整PT对称系统中的破缺条件，即波导介质的增益/损耗系数，可以使系统进入破缺状态，改变光的传输状态，实现了非互易光传输。因此将PT对称与传统的波导耦合型偏振分束器结合起来，实现便于集成的小尺寸，基于PT对称的非互易偏振分束器具有很大的意义。

发明内容

如何实现结构简单的偏振分束器，以及非互易的PT对称定向耦合器是非互易偏振分束器研究的重要问题。本发明的目的在于提供一种基于PT对称的非互易偏振分束器。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括第一级PT对称定向耦合器，第二级PT对称定向耦合器和第三级PT对称定向耦合器；第一级PT对称定向耦合器的第一损耗单模波导输出经损耗弯曲波导与第二级PT对称定向耦合器的第二损耗单模波导输入相连接，第一级PT对称定向耦合器与第三级PT对称定向耦合器通过增益多模波导相连接后，经增益弯曲波导与第二增益多模波导相连接；第二级PT对称定向耦合器的增益单模波导实现TE₀模式的输出；第三级PT对称定向耦合器的第三损耗单模波导实现TM₀模式的输出；利用所述三级PT对称定向耦合器，并通过光泵浦调节波导的折射率虚部从而构成非互易偏振分束器。

所述第一级PT对称定向耦合器和第三级PT对称定向耦合器为多模定向耦合器，分别都包括增益多模波导和损耗单模波导，TM₀模式在损耗单模波导中的传播常数和TM₁模式在增益多模波导中的传播常数相同。

所述第二级PT对称定向耦合器为单模定向耦合器，上部是增益单模波导，下部是损耗单模波导。

所述第一级PT对称定向耦合器，第二级PT对称定向耦合器和第三级PT对称定向耦合器的耦合区波导长度均为一个耦合长度。

本发明具有的有益效果是：

1)本发明TE₀模式和TM₀模式的分离采用定向耦合器，插损小；