[发明专利]一种偏振无关光学移相器

说明书

本发明公开了一种偏振无关光学移相器，二维光栅耦合器通过模斑转换器与波导连接，移相区电极放置于波导周围；所述二维光栅耦合器接收/输出任意偏振态的光，模斑转换器实现波导与二维光栅耦合器之间的耦合；所述电极位于两波导臂周围，与所述波导组成的调制区域内，实现对波导内传输光波的相位调制。本发明通过采用二维光栅耦合器，实现了任意偏振态的光波耦合进波导后仅存在单一模式光波的传输，极大的简化了光学移相器系统的复杂度，扩展了光学移相器的应用范围。通过采用基于等离子体色散效应、材料热光效应和电光效应的原理，实现对传输光波相位的调制，提高了不同应用场景下光学移相器制作方案的选择性。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种偏振无关光学移相器。

背景技术

随着科学技术的不断发展进步，集成光学成为当今光子学领域最为前沿技术之一，是光学发展的必经之路。特别是在光通信领域中，激光器、调制器、探测器、滤波器、偏振控制器、波分复用/解复用器、移相器等器件均已实现集成化、小型化。其中，移相器作为调制器、光开关等器件的基本结构，已经成为集成光学器件中的一种重要组成部分，常用于实现对传输光相位的调制，进而可用于实现对光强度调制等。光波导和光学器件通常是偏振敏感的，也就是说器件的响应会随着输入光的偏振态的变化而发生改变。通常情况下，我们希望光学器件对偏振态是不敏感的，即光学器件的性能对输入信号的偏振态是无关的。例如基于绝缘体上硅（SOI）的集成光器件，由于波导的截面特征典型尺寸为450nm（宽）*220nm（厚），使得波导具有很强的双折射效应，基于该波导结构的移相器对偏振比较敏感，不同的研究者提出不同的解决方案，如偏振分集方案即在光学系统中将两个偏振光分成两路分别处理，并针对两路器件分别优化，最后将两路信号合成一路，这种方案虽然可以解决偏振敏感的问题，但这势必会增加器件设计的工作量、集成器件的数量，进而增加系统的成本、复杂度，降低产品的良率；在专利CN201610226520.3中，研究者通过优化设计使得两个级联的移相器的偏振相关损耗相反来实现偏振无关的光开关，在该种设计中需要对波导宽度精确控制，避免偏振相关损耗补偿不足或者过补偿；在专利CN201410652891.9中，研究者利用二维光栅实现偏振不敏感的硅基电光调制器，在此专利中，为实现光强度的良好调制性能需要保证光是垂直入射到二维光栅，以确保两波导臂中光的能量是一致的，而为保证输入的垂直性势必为增加封装的难度；基于铌酸锂的移相器，由于铌酸锂电光系数是各向异性的，电光系数γ₃₃最大，为充分利用γ₃₃要求移相器工作在单偏振态下，且所施加的电场沿Z轴方向。针对铌酸锂的偏振敏感特性，不同研究者也提出不同的解决方案：如在专利CN201610294441.6中，研究者通过采用一块X切Y传铌酸锂芯片和一块Z切Y传铌酸锂芯片的拼接来实现偏振无关的相位调制，其工艺相对复杂、器件尺寸增加一倍。综上，材料的特性或者波导的结构决定了移相器对偏振是很敏感的，往往只能工作在单偏振态下。

发明内容

1、本发明的目的

本发明要解决的问题在于提供一种偏振无关光学移相器，其能够实现对任意偏振态（包括单偏振态）输入光波的相位调制，可用于实现基于等离子体色散效应、热光效应以及电光效应的偏振无关相位调制。

2、本发明所采用的技术方案

本发明公开了一种偏振无关光学移相器，二维光栅耦合器通过模斑转换器与两根波导连接，移相区电极放置于两根波导周围；所述二维光栅耦合器接收/输出任意偏振态的光，模斑转换器实现两根波导与二维光栅耦合器之间的耦合；

所述移相区电极位于两波导臂周围，与所述两根波导组成调制区域，实现对两根波导内传输光波的相位调制。

更进一步，波导由下包层、上包层、芯层构成；芯层由上包层和下包层包裹。

更进一步，所述下包层材料为空气、低折射率的二氧化硅、低折射率的掺杂二氧化硅、低折射率的氮化硅、低折射率的氮氧化硅、低折射率的聚合物、低折射率的铟镓砷磷合金中一种或者多种组合。