[发明专利]一种应用于3D光互连的层间偏振分束器

说明书

本发明涉及一种应用于3D光互连的层间偏振分束器，包括直通波导和交叉波导，所述交叉波导包括第一条形波导，所述直通波导包括脊型波导和第二条形波导，所述脊型波导和第二条形波导通过脊型‑条形波导转换结构连接；所述脊型波导和第一条形波导在耦合区域实现耦合，且两者之间存在间隙。本发明能够在垂直方向上实现光的偏振分束。

技术领域

本发明涉及集成光电子器件技术领域，特别是涉及一种应用于3D光互连的层间偏振分束器。

背景技术

随着大数据时代的发展，片上光互连在数据中心、高性能计算机等高速、高密度信息传输领域的优势更加突出，光子集成芯片已经成为国际竞争最激烈的领域之一。随着片上光子集成的集成密度越来越高，单层硅光子芯片有限空间的密集集成问题日趋严峻。三维光子集成结构可以从物理上有效地避免波导交叉，实现在有限的芯片面积上进一步增加器件的集成密度，使芯片具有更高的光互连能力。随着硅光器件集成系统复杂度的提高，片上的偏振态调控已经是一个不容忽视的问题。

由于大多数光波导器件具有很强的偏振相关性，因此能够在片上灵活的对不同的偏振实现分离，实现器件的偏振透明，有助于减少器件设计的工作量，减小系统的尺寸和复杂度。因此，层间偏振分束器对3D光互连应用有深远意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于3D光互连的层间偏振分束器，能够在垂直方向上实现光的偏振分束。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种应用于3D光互连的层间偏振分束器，包括直通波导和交叉波导，所述交叉波导包括第一条形波导，所述直通波导包括脊型波导和第二条形波导，所述脊型波导和第二条形波导通过脊型-条形波导转换结构连接；所述脊型波导和第一条形波导在耦合区域实现耦合，且两者之间存在间隙。

横电/横磁模式的光从所述直通波导的输入波导输入，经过耦合区域时，横磁模式的光耦合到所述第一条形波导，由交叉波导的输出波导输出，横电模式的光依次通过脊型波导、脊型-条形波导转换结构和第二条形波导由直通波导的输出波导输出。

所述脊型波导包括依次连接的第一直线部分、弯曲部分和第二直线部分，所述第一直线部分与所述第一条形波导在耦合区域实现耦合，所述第二直线部分通过脊型-条形波导转换结构与所述第二条形波导连接。

所述耦合区域内脊型波导和第一条形波导的间距为850nm；所述第一条形波导的宽度为700nm，厚度为400nm；所述脊型波导的脊宽度为150nm，平板区域宽度为650nm。

所述耦合区域的长度为22μm。

所述脊型-条形波导转换结构包括脊波导部分、条形波导部分以及锥形波导部分，所述脊波导部分的脊宽度逐渐过渡到所述条形波导部分的宽度，所述锥形波导部分的平板区域的宽度从脊波导部分的平板区域的宽度逐渐过渡到所述条形波导部分的宽度。

所述直通波导的输出波导端口设置有滤除残留的TM模式的光的滤波器。

所述滤波器由三条平行设置的条形波导构成，其中两侧的条形波导的宽度为500nm，中间的条形波导的宽度为560nm，中间条形波导与两侧条形波导的间距均为200nm，三条条形波导的厚度均为220nm。

所述的应用于3D光互连的层间偏振分束器还包括覆盖在所述直通波导和交叉波导上的包层，所述直通波导和交叉波导的材料折射率大于所述包层的材料折射率。

所述直通波导的材料为绝缘层上硅，所述交叉波导的材料为氮化硅，所述包层的材料为二氧化硅。

有益效果