[发明专利]一种偏振不敏感的定向耦合器结构及方法

说明书

本发明提供一种偏振不敏感的定向耦合器结构及方法，该结构包括输入区、TE模式耦合区、TM模式耦合区、输出区；我们通过设计TE模式耦合区和TM模式耦合区的耦合波导结构，使得TE模式在TE模式耦合区可以发生相互耦合而在TM模式耦合区不发生耦合，TM模式在TM模式耦合区可以发生相互耦合而在TE模式耦合区不发生耦合。因而，可以通过优化耦合波导结构和耦合长度，实现TE模式和TM模式的同一分光比输出，进而实现偏振不敏感的传输特性。该定向耦合器结构还可以实现宽带传输特性，且在硅基光子集成领域和光通信领域具有重要的研究和应用价值。

技术领域

本发明涉及光器件技术领域，具体涉及一种偏振不敏感的定向耦合器结构及方法。

背景技术

近年来，绝缘体上硅（SOI）材料的发展非常迅速，因为它可以实现非常小的波导尺寸，而且其制作工艺和CMOS兼容，被认为是实现单片光电集成回路的最有潜力和希望的材料。然而，硅（Si）和二氧化硅（SiO2）之间较大的折射率差使得SOI波导具有很强的双折射效应，导致横电场模式（TE）和横磁场模式（TM）之间具有较大的相位差，而使得光器件的性能恶化。为了解决该问题，人们研制出偏振分束、偏振转换等器件使得注入光器件的光维持单一偏振态，但是，这些器件的引入会增加光路的插入损耗和复杂性。只有研制出偏振不敏感的光器件，才能从根本上解决SOI波导双折射的问题。

光耦合器结构作为硅基光子集成回路中最基本的单元结构，在许多光通信领域如波分复用、光开关等都有涉及。基于Y波导、定向耦合器和多模干涉耦合器（MMI）的光耦合器结构已经被人们广泛研究。然而，Y波导结构具有较小的工艺容差，MMI结构通常具有较大的尺寸，不适于应用到光子集成器件中。相比于其他结构，定向耦合器结构由于制作工艺简单，而且可以实现任意分光比，已经成为硅基光子集成领域中常见的光耦合器结构。然而，基于SOI的定向耦合器结构也存在双折射的问题，研制一种偏振不敏感的定向耦合器结构是非常必要的。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种偏振不敏感的定向耦合器结构，通过设计非对称波导耦合结构，不仅可以实现偏振不敏感的传输特性，而且可以实现宽带传输特性，还可通过设计不同的波导耦合结构，实现对输入光信号的任意分光比功能，解决了现有技术中基于SOI的定向耦合器结构存在的双折射问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种偏振不敏感的定向耦合器结构，包括：

输入区，所述输入区包括输入波导I和输入波导II；

TE模式耦合区，所述TE模式耦合区包括耦合波导I和耦合波导II；所述耦合波导I的输入端连接输入波导I的输出端，所述耦合波导II的输入端连接输入波导II的输出端；其中，所述耦合波导I与所述耦合波导II是非对称分布的，且呈平行设置，使TE模式的偏振光能够在TE模式耦合区相互耦合，TM模式的偏振光在TE模式耦合区不发生耦合；

TM模式耦合区，所述TM模式耦合区包括耦合波导III和耦合波导IV；所述耦合波导III的输入端连接耦合波导I的输出端；所述耦合波导IV的输入端连接耦合波导II的输出端；其中，所述耦合波导III与所述耦合波导IV是非对称分布的，且呈平行设置，使TM模式的偏振光能够在TM模式耦合区相互耦合，TE模式的偏振光在TM模式耦合区不发生耦合；

输出区，所述输出区包括输出波导I和输出波导II；所述输出波导I的输入端连接耦合波导III的输出端，所述输出波导II的输入端连接耦合波导IV的输出端。

进一步，所述输入波导I与所述输入波导II中至少有一个为弯曲波导结构，以避免光在输入区发生耦合。

进一步，所述耦合波导I与所述耦合波导II的波导宽度和高度均不同，使TE模式的偏振光能够在TE模式耦合区相互耦合，TM模式的偏振光在TE模式耦合区不发生耦合。