超小非對稱結(jié)構(gòu)的柱型偏振分束器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超小非對稱結(jié)構(gòu)的柱型偏振分束器，涉及一種偏振分束器。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是：在絕緣層上面，彎曲條形波導(dǎo)和彎曲周期型微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)背向排列；所述的彎曲條形波導(dǎo)是一種Si波導(dǎo)，包括依次連接的輸入段、條形波導(dǎo)耦合段和TE輸出段，呈反“C”字形；所述的彎曲周期性微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)是一種Si波導(dǎo)，包括依次連接的彎曲連接段、周期柱型耦合段和TM輸出段，呈“C”字形；所述的周期柱型耦合段由多個(gè)Si介質(zhì)柱組成，呈平行排列。本偏振分束器耦合長度短，體積超小，便于大規(guī)模集成，降低成本；插入損耗小，分束難度低，可作為一種重要的功能器件廣泛用于偏光導(dǎo)航、光通信、光電檢測和光傳感等領(lǐng)域。
【專利說明】超小非對稱結(jié)構(gòu)的柱型偏振分束器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種偏振分束器，尤其涉及一種超小非對稱結(jié)構(gòu)的柱型偏振分束器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的偏振分束器體積大，無法用于光路集成。目前研究出來的幾種基于微納光波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)偏振分束的方法主要有兩種:利用波導(dǎo)之間的周期性耦合和奇偶變化的方法，或者引入傳輸波導(dǎo)的非對稱。原理實(shí)質(zhì)一致:TE模/TM模在兩側(cè)波導(dǎo)中的有效折射率相等時(shí)，滿足相位匹配條件，模式即可實(shí)現(xiàn)耦合，即該模式從一個(gè)波導(dǎo)轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)波導(dǎo)?；诖朔椒ㄔO(shè)計(jì)的的最新偏振分束器體積依然不夠小，成本較高，不能較好地滿足光器件集成尤其是芯片間的互聯(lián)所需。
[0003]分析上述耦合原理，不同的模式耦合長度不同，并且該長度與器件的大小密切相關(guān)。要實(shí)現(xiàn)器件盡可能小，須使耦合長度盡可能短。據(jù)此，如何縮短耦合作用區(qū)的長度是偏振分束器得以集成應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述方法所存在的缺陷，提供一種超小非對稱結(jié)構(gòu)的柱型偏振分束器。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是利用柱型周期性微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)與條形波導(dǎo)形成非對稱定向耦合器結(jié)構(gòu)，利用非對稱性增強(qiáng)偏振模式的雙折射效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)超小型的偏振分束。
[0006]由于該偏振分束器的非對稱性，以及微結(jié)構(gòu)的大色散特性，狹縫兩側(cè)的耦合作用區(qū)中偏振模式有效折射率差增大，耦合效果增強(qiáng)，使得模式耦合所需長度減小。對于介質(zhì)柱型微結(jié)構(gòu)，TM模的耦合長度比TE模的耦合長度短，所以可通過合理設(shè)計(jì)柱型微結(jié)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)和條形波導(dǎo)的尺寸，以及耦合區(qū)的寬度，讓TM模優(yōu)先滿足相位匹配條件，耦合到周期柱型耦合段中，并從TM輸出段輸出，而TE模由于相位失配，繼續(xù)留在彎曲條形波導(dǎo)中并沿TE輸出段輸出，從而實(shí)現(xiàn)偏振分束。根據(jù)理論與仿真分析，選擇耦合區(qū)長度最短時(shí)的最優(yōu)尺寸。
[0007]本發(fā)明采用的原理如下:
1、偏振分束器采用硅基周期微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)與硅基條形波導(dǎo)構(gòu)成非對稱定向耦合器，利用周期性微結(jié)構(gòu)增強(qiáng)不同偏振態(tài)的雙折射效果，從而減小耦合長度；而在柱型微結(jié)構(gòu)中，TM模的耦合長度比TE模的耦合長度短，所以我們優(yōu)先使TM模滿足耦合條件進(jìn)入周期性微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)中，此時(shí)TE模不滿足耦合條件繼續(xù)沿TE輸出段輸出，達(dá)到偏振分束的目的；
2、周期性微結(jié)構(gòu)比普通波導(dǎo)的色散大，使得兩側(cè)波導(dǎo)中的模式有效折射率差較大，從而減小耦合長度、降低偏振分束的難度。
[0008]具體地說，本柱型偏振分束器包括彎曲條形波導(dǎo)、彎曲周期型微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)和絕緣層；在絕緣層上面，彎曲條形波導(dǎo)和彎曲周期型微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)背向排列。
[0009]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
本偏振分束器耦合長度短，體積超小，便于大規(guī)模集成，降低成本；
②插入損耗小，分束難度低，可作為一種重要的功能器件廣泛用于偏光導(dǎo)航、光通信、光電檢測和光傳感等領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本柱型偏振分束器的結(jié)構(gòu)示意圖(圓形Si介質(zhì)柱)；
圖2是本柱型偏振分束器的結(jié)構(gòu)示意圖(方形Si介質(zhì)柱)。
[0011]圖中:
10—彎曲條形波導(dǎo)，
11—輸入段，
12—條形波導(dǎo)耦合段，
13 — TE輸出段； 20—彎曲周期性微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)，
21—彎曲連接段
22—周期柱型耦合段，
23 — TM輸出段。
[0012]30—絕緣層。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明:
1、總體
如圖1，本柱型偏振分束器包括彎曲條形波導(dǎo)10、彎曲周期型微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)20和絕緣層
30 ；
在絕緣層30上面，彎曲條形波導(dǎo)10和彎曲周期型微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)20背向排列。
[0014]2、功能塊
I)彎曲條形波導(dǎo)10
彎曲條形波導(dǎo)10是一種Si波導(dǎo)，包括依次連接的輸入段11、條形波導(dǎo)耦合段12和TE輸出段13，呈反“C”字形。
[0015]其功能是輸入段11與TE輸出段13均彎曲一定角度，避免分離后的偏振態(tài)再次耦合；輸入段11傳輸TE/TM混合偏振態(tài)，TE輸出段13傳輸TE偏振態(tài)。
[0016]2)彎曲周期性微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)20
彎曲周期性微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)20是一種Si波導(dǎo)，包括依次連接的彎曲連接段21、周期柱型耦合段22和TM輸出段23，呈“C，，字形。
[0017]所述的周期柱型耦合段22由4~5個(gè)Si介質(zhì)柱組成，呈平行排列；
所述的Si介質(zhì)柱其橫截面為圓形(圖1)、或方形(圖2),即Si介質(zhì)柱為圓形Si介質(zhì)柱或方形Si介質(zhì)柱。
[0018]其功能是周期柱型耦合段22與條形波導(dǎo)耦合段12相互平行，兩者構(gòu)成非對稱耦合作用區(qū)；采用周期柱型耦合段22主要用來增強(qiáng)耦合效果，使TM偏振態(tài)以最短距離從混合態(tài)中分尚，從TM輸出段23輸出。
[0019]3)絕緣層 30
絕緣層30是一種SiO2方形塊。
[0020]其功能是將光限制在波導(dǎo)中傳輸，并撐托上述所有功能部件，使之整體形成一個(gè)器件。
[0021]3、工作機(jī)理
TE/TM光從彎曲條形波導(dǎo)10的輸入段11輸入，由于狹縫兩側(cè)波導(dǎo)耦合段的雙折射效應(yīng)，偏振態(tài)在該區(qū)域發(fā)生分尚，TE態(tài)從彎曲條形波導(dǎo)10的TE輸出段13輸出，TM態(tài)從彎曲周期型微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)20的TM輸出段23輸出。
[0022]4、實(shí)施例 O具體尺寸
根據(jù)平面波法和有限時(shí)域差分法設(shè)計(jì)，計(jì)算得出:
①彎曲條形波導(dǎo)10:寬320nm，高250nm ；
②周期柱型耦合段22:
*圓形Si介質(zhì)柱:半徑170nm,高250nm,柱中心間距321nm ；
*方形Si介質(zhì)柱:長660nm,寬123.5nm,高250nm,柱中心間距321nm ；
③狹縫寬度:100nm。
[0023]2)試驗(yàn)條件 傳輸波長:1550nm。
[0024]3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
利用上列結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，該結(jié)構(gòu)的偏振分束器能夠?qū)崿F(xiàn)TE/TM模式的光的分離。
【權(quán)利要求】
1.一種超小非對稱結(jié)構(gòu)的柱型偏振分束器，其特征在于: 包括彎曲條形波導(dǎo)(10)、彎曲周期性微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)(20)和絕緣層(30); 在絕緣層(30)上面，彎曲條形波導(dǎo)(10)和彎曲周期性微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)(20)背向排列。
2.按權(quán)利要求1所述的柱型偏振分束器，其特征在于: 所述的彎曲條形波導(dǎo)(10)是一種Si波導(dǎo)，包括依次連接的輸入段(11)、條形波導(dǎo)耦合段(12)和TE輸出段(13)，呈反“C”字形。
3.按權(quán)利要求1所述的柱型偏振分束器，其特征在于: 所述的彎曲周期性微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)(20)是一種Si波導(dǎo)，包括依次連接的彎曲連接段(21)、周期柱型耦合段(22)和TM輸出段(23)，呈“C”字形； 所述的周期柱型耦合段(22)由4~5個(gè)Si介質(zhì)柱組成，呈平行排列； 所述的Si介質(zhì)柱為圓形Si介質(zhì)柱或方形Si介質(zhì)柱。
4.按權(quán)利要求1所述的柱型偏振分束器，其特征在于: ①彎曲條形波導(dǎo)(10):寬320nm，高250nm; ②圓形Si介質(zhì)柱:半徑170nm,高250nm,柱中心間距321nm；
方形Si介質(zhì)柱:長660nm,寬123.5nm,高250nm,柱中心間距321nm ； ③狹縫寬度:100nm。
5.按權(quán)利要求1所述的柱型偏振分束器，其特征在于: 所述的絕緣層(30)是一種SiO2方形塊。
【文檔編號】G02B6/126GK104020523SQ201410302125
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】侯金, 王林枝, 李博雅, 楊春勇, 陳少平 申請人:中南民族大學(xué)