[发明专利]一种具有大制作容差高偏振消光比的偏振分束器

说明书

本发明公开了一种具有大制作容差高偏振消光比的偏振分束器，偏振分束器在传播方向上，包括输入波导、多模干涉耦合器、两条相移波导、2×2多模干涉耦合器、输出波导；多模干涉耦合器把输入波导的光强等分，分别进入上下两条相移波导，然后通过2×2多模干涉耦合器干涉输出。波导的朝向与晶体的方向的具有45～135度的夹角。通过在两条相移波导上施加电压，分别改变TE和TM偏振光的有效折射率，使TE和TM偏振光的相位分别满足2×2MMI的干涉相长相消条件，实现偏振分束。本发明通过改变TE和TM偏振光的有效折射率来补偿制作工艺偏差造成的偏振光额外的相位差，因此具有大的制作容差；另外由于2×2MMI能实现很高的消光比,因此本发明的偏振分束器具有高的偏振消光比。

技术领域

本发明涉及一种光学元器件，尤其涉及一种偏振分束器。

背景技术

随着光通信传输速率要求的不断提高，传统的幅度调制方式已经无法满足通信网络的升级要求，偏振复用的正交相移调制格式被广泛采用，信号解调方式也由传统的直接探测升级为相干探测。同时，光通信器件小型化低功耗低成本的发展趋势，需要让不同功能的光学器件集成到一起。因此单片集成的双偏振正交相移键控接收机变得至关重要，而无法实现高性能的波导型偏振分束器是阻碍相干接收机单片集成的主要原因。如今商用相干接收机的偏振分束器都是基于自由光空间微透镜组，这会大大提高芯片的封装成本和尺寸。

波导型偏振分束器的工作原理主要是基于模式干涉，例如：多模干涉耦合器(MMIs)，定向耦合器(DCs)，以及马赫曾德干涉仪(MZIs)。利用两种偏振模式的传播常数不同，在不同的输出端口干涉相长或者相消，实现偏振分束。基于多模干涉耦合器的偏振分束技术需要多个MMI的级联，这大大增加了器件尺寸，降低了制作容差。基于定向耦合器的偏振分束器件尺寸很小，但是需要精确控制波导之间的间距实现相位匹配，这大大提高了工艺制作的难度。马赫曾德干涉仪利用两臂宽度不同的波导的双折射实现偏振分束，也同样面临着制作容差小的问题。但是马赫曾德干涉仪的两臂波导易于引入移相器调节相位差，因此增大了制作容差。有人提出在两臂波导上引入热调相移器，克服两臂波导制作误差，从而增大制作容差(D.X.Dai,Z.Wang, J.E.Bowers,Considerations for the design ofasymmetrical Mach-Zehnder interferometers used as polarization beam splitterson a submicrometer silicon-on-insulator platform,J.Lightwave Technol.,2011,29(12):1808-1817.)。事实上这种方式有很大局限性，因为温度能同时影响TE和TM偏振光的有效折射率(主要电场垂直于外延片生长方向和波导的传播方向的为TE偏振光，而主要电场平行于外延片生长方向并且垂直于波导的传播方向的则为TM偏振光。)，很难同时实现TE和TM偏振光在各自输出端口干涉相长。如果两臂波导上的相移器能分别改变这TE和TM偏振光的有效折射率，便能够轻松实现偏振分束。为此有人把偏振无关的量子限制斯塔克效应(QCSE)和偏振相关的一阶电光效应(PE)组合使用，实现了TE偏振光的单独相位控制，而不影响TM偏振光的相位，可以在1550nm处获得14dB的偏振消光比(K. Watanabe,Y.Nasu,Y.Ohiso,R.Lga,Easy adjustment structure and method for realizing InP basedpolarization beam splitter via Pockels effect dependence on crystalorientation,Jpn.J.Appl.Phys.,2016,55,08RB04)。但是复杂的器件结构加大了制作难度，而且量子限制斯塔克效应的波长依赖性让该方案的偏振消光比无法在C波段内满足应用要求。

综上所述，如今的偏振分束器偏振消光比达不到应用要求，且制作容差小，阻碍了单片集成相干接收机的大规模应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提高偏振分束器的制作容差，且器件的偏振消光比达到应用要求。