[发明专利]极化无关的宽带波导分束器

说明书

一种极化无关的宽带波导分束器，包括：两个波导组成的至少一个交叉耦合区域和一个平行耦合区域，具体包括：至少一个交叉耦合区域、至少一个平行耦合区域和第二个交叉耦合区域组成或一个交叉耦合区域和至少一个平行耦合区域。本发明能够实现大规模光量子计算的内核——实现多粒子量子随机行走网络的芯片。由于结构的极化无关特性支持不同极化编码的入射光，可实现更高维的量子计算。

本申请为申请号201810632397.4，申请日2018/6/19，名称为极化无关的宽带波导分束器的分案申请。

技术领域

本发明涉及的是一种光信息的技术，具体涉及一种分束比例被动可调的极化无关的宽带波导分束器。

背景技术

极化无关分束器件是光信息领域非常重要的基础元件，在光通信、量子通信、量子计算等诸多领域应用广泛。然而现有的可集成的波导型分束器件进行耦合分束时由于波导存在双折射效应，对于不同极化入射的光信号耦合强度存在差异，无法进行完美的极化无关分束，这将给对后续及整体实验带来难以测量的影响。

经过对现有技术的检索发现，Alexander Szameit等在《Control of directionalevanescent coupling in fs laser written waveguides(飞秒激光写入波导中方向性倏逝耦合的控制)》,19February 2007/Vol.15,No.4/OPTICS EXPRESS 1579，中公开了椭圆波导在耦合方面表现出强烈的各向异性，但该技术中涉及的各向同性的圆波导阵列的性能依旧难以满足目前光通信领域的需求。

发明内容

本发明克服了现有基于双折射波导引起的系列问题，提出一种极化无关的宽带波导分束器，可为波分复用提供基础支撑。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种极化无关的宽带波导分束器，包括：两个波导组成的至少一个交叉耦合区域和一个平行耦合区域，其中：

所述的宽带极化无关分束器的一种优选结构为：至少一个交叉耦合区域、至少一个平行耦合区域和第二个交叉耦合区域组成或一个交叉耦合区域和至少一个平行耦合区域，其中：两个波导以S型弯曲形式进行交叉耦合，经平行耦合后再次进行交叉耦合。

所述的S型弯曲采用两段曲率半径最大的圆弧在相切处重合的衔接方式以实现辐射损耗最小。

所述的耦合，满足光在波导中的传输满足亥姆霍兹方程：其中，A(x,y)是模场直径，n_eff是传输模式的有效折射率，x、y均根据本领域技术人员常识定义；。

所述的两个波导为全同波导，考虑无微扰的同向平行单模耦合情形下，该两根波导之间的耦合满足：其中：A、B分别为归一化振幅，A(z)为光注入口，即A(0)＝1，B(0)＝0，对应A(z)＝coscz，B(z)＝isincz，能量将在两根波导间互相转移，耦合系数即耦合系数c随着耦合间距的变化发生非线性变化，z根据本领域技术人员常识定义。

所述的极化无关的宽带波导分束器为比例分束可调，具体为：由于在于耦合系数c值曲线交叉点处的H光与V光的耦合系数强度相等，当交叉耦合的耦合间距小于c值曲线交叉点处的耦合间距时，H光的耦合系数强度大于V光，反之，V光大于H光。因此总能调整两根S型弯曲臂的结构，实现H光与V光耦合能量转移情况相等。此时，经过交叉后第一波导与第二波导的位置互换，但这并不影响它们之间平行耦合的能量转移。为了实现更稳定的极化无关，平行耦合区域的耦合间距等于H光和V光的c值曲线相同时的耦合距离，那么调整平行区域的耦合长度即可实现任意分束比例的调控。