[发明专利]一种偏振分束器

说明书

本公开提供一种偏振分束器，包括：波导芯层、包覆层和衬底；波导芯层包括输入条形直波导、交叉区渐进型波导、第一输出条形直波导、S型弯曲波导、第二输出条形直波导以及增强型条形直波导；其中，输入条形直波导、交叉区渐进型波导、第一输出条形直波导、第二输出条形直波导和增强型条形直波导的长度方向均为同一方向；S型弯曲波导两个端面分别贴合连接输入条形直波导和第二输出条形直波导；交叉区渐进型波导与第一输出条形直波导通过同一端面贴合连接；交叉区渐进型波导、输入条形直波导和增强型条形直波导由上到下依次平行排列。本公开的偏振分束器不仅结构紧凑，而且可以实现工艺容差大、插入损耗低、消光比高、宽传输带宽等特性。

技术领域

本公开涉及光子集成技术领域，具体涉及一种偏振分束器。

背景技术

近年来，基于绝缘体上硅(SOI)平台的光子集成技术得到了快速的发展和应用，它是利用二氧化硅和硅之间超高折射率差这一特性，将光场很好的限制在波导芯层，从而能够实现亚微米尺寸器件的制造。然而，在波导尺寸较小的器件中通常由于极高的结构双折射的存在导致不同模式间出现较大的相位差。同时基于SOI的光子集成系统对光的偏振态十分敏感，对于传输光的横向电场(TE)模式和横向磁场(TM)模式会产生不同的响应，因此对光偏振态的分离与控制就显得相当重要。

在SOI集成光学系统中，偏振分束器是一种能够分离TE模和TM模的光学器件。因此包括定向耦合器型、多模干涉型、光子晶体型、表面等离激元型、光栅型等偏振分束器件被设计与应用。

然而现有的这些偏振分束器依然存在一些缺陷，例如基于多模干涉耦合器(MMI)的偏振分束器由于其结构上对偏振的灵敏性不强，将其作为偏振分束器时需要长的结构尺寸才能将偏振态进行有效分离，如有的多模干涉区的长度达136.561μm，又如有的耦合区虽然增加光栅结构来减少耦合长度，但其在多模干涉区的长度仍达到43.4μm。基于马赫增德尔干涉仪(MZI)的偏振分束器结构虽比较容易制作，但尺寸较大且带宽较窄，如现有的一种MZI臂的波导长度为6毫米且带宽仅为50nm。基于光子晶体的偏振分束器设计复杂且加工制作难度大，如有的耦合区的波导需要嵌入25个半径为50nm的圆柱形光子晶体，同时有可能会由于散射而产生较大的损耗。基于定向耦合器的偏振分束器在高折射率差的双折射SOI材料波导中往往需要采用纳米槽(slot)和锥形波导来获得高消光比、高宽带传输等特性。然而，纳米槽结构的工艺制作要求高，如有的纳米槽两边波导宽度由180nm逐渐减少到0nm，刻蚀工艺精度要求高。又如有的需要在窄缝中分别填充氧化铟锡ITO材料和二氧化硅从而增加工艺难度。锥形波导结构对波导宽度、波导间距的制作容差比较小，且尺寸大，如有的耦合长度就达到200μm。基于光栅型的偏振分束器结构复杂，

带宽非常有限，需要增加不同长度的光栅波导来连接两个耦合波导导致其结构复杂且不易制造。表面等离激元型偏振分束器加工难度大，需要多个加工步骤，且需要在波导中掺杂某种材料。

发明内容

本公开的目的是提供一种偏振分束器，以解决上述现有偏振分束器的缺陷。

本公开实施例提供一种偏振分束器，包括：

波导芯层、包覆层和衬底；所述波导芯层位于所述衬底上表面；所述波导芯层和所述衬底均位于所述包覆层内部；

所述波导芯层包括输入条形直波导、交叉区渐进型波导、第一输出条形直波导、S型弯曲波导、第二输出条形直波导以及增强型条形直波导；其中，

所述输入条形直波导、交叉区渐进型波导、第一输出条形直波导、第二输出条形直波导和增强型条形直波导的长度方向均为同一方向；

所述S型弯曲波导两个端面分别贴合连接所述输入条形直波导和所述第二输出条形直波导；

所述交叉区渐进型波导与所述第一输出条形直波导通过同一端面贴合连接；

所述交叉区渐进型波导、所述输入条形直波导和所述增强型条形直波导由上到下依次平行排列。