[发明专利]基于偏振模式分离器的波导型偏振无关光环形器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于偏振模式分离器的波导型偏振无关光环行器，尤其涉及一种基于马赫一曾德型集成波导偏振模式分离器的光环形器，属于光通信应用领域和集成光学领域。

背景技术

磁光材料在外加磁场作用下，会对经过其中的偏振光的偏振态产生影响，即产生法拉第磁光效应。而对于横向构型的磁光波导，在与光传播方向垂直的外加磁场的作用下，TM模正向传播及反向传播的传播常数有所不同，因而会产生非互易相移，利用磁光材料的非互易特性可以制作光环形器，光隔离器等器件。

TE-TM偏振模式分离器用以将波导中偏振态垂直的TE(横电场)、TM(横磁场)模式分开，在光纤通信系统和光纤传感系统中扮演重要角色，基于偏振模式分离器可以构成光开关、光隔离器、光环形器、声光可调谐滤波器、滤波器等器件，在WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)光网络及相干光检测等各种光通信应用领域中有重要应用。

目前，已有多种不同结构的TE-TM偏振模式分离器。采用特殊折射率材料玻璃及多层膜的胶合工艺可以制成偏振分束棱镜，对不同偏振光分别进行投射和反射，可以实现偏振束的分离。但偏振分束棱镜构成的偏振束分离器型偏振模式分离器不利于与波导及光通信系统集成，同时，对棱镜及多层膜的胶合工艺要求较高。基于耦合模原理设计的定向耦合器型偏振模式分离器利用两个分支波导的非对称性来实现，在一个分支波导的耦合区覆盖了金属层，有效地改变波导传播常数的实部和虚部，而且对TM模的这种改变远大于TE模，利用覆盖金属层的分支波导对TM模的吸收来抑制TM模的耦合，从而实现TE、TM模的分离。但这种结构需要特殊工艺来减小TM的损耗和偏振串音，并且要求耦合器波导间有很大的间距，不利于集成。Y分支型偏振模式分离器由于分支角较小，不仅加工精度要求较高，而且器件尺寸较大，不利于集成。

光环形器是光通信系统的重要组成部分，在WDM系统中扮演着重要的角色，而波导型光环形器因为低价位和易于集成的特性，成为研究热点。大多数波导型光环形器只工作于TM模，而偏振无关光环形器对输入光的模式无要求，既可以工作于TM模，也可以工作于TE模。

目前，波导型偏振无关光环形器多基于Y分支和定向耦合器等类型，少数采用光子晶体、闪耀光栅等器件实现。由于Y分支型、定向耦合器型等结构上的特点，器件尺寸较大，不利于光环形器结构的集成。

磁光材料在外加磁场作用下，会对经过其中的偏振光的偏振态产生影响，即产生法拉第磁光效应。而对于横向构型的磁光波导，在与光传播方向垂直的外加磁场的作用下，TM模正向传播及反向传播的传播常数有所不同，因而会产生非互易相移，而对TE模则无此影响。

采用两个光功分器及夹在光功分器之间的两个相移臂可构成马赫-曾德型偏振模式分离器，目前，功分器多采用定向耦合器来实现，但不利于集成。多模干涉(MMI)耦合器因为其结构简单，低插损，高带宽和偏振不敏感的特性获得了越来越多的关注，其结构紧凑的优点在集成光学中有广泛的应用。

发明内容

本发明针对上述问题提供一种基于偏振模式分离器的波导型偏振无关光环行器，以马赫-曾德型集成波导偏振模式分离器为基础，结合法拉第旋转镜(FR)及半波片(Hw)来实现。

本发明采用如下技术方案：

一种基于偏振模式分离器的波导型偏振无关光环行器，其特征在于包括第一偏振模式分离器和第二偏振模式分离器，两个偏振模式分离器之间设置了相互连接的波导型法拉第旋转镜和半波片，所述第一偏振模式分离器和第二偏振模式分离器分别包括第一光功分器、第二光功分器、第一磁光波导和第二磁光波导，第一光功分器的两个输入端口分别与其第一输入波导和第二输入波导连接，用于输入正向传输光或输出反向传输光，所述第一磁光波导、第二磁光波导采用横向构型磁光波导，所述第一磁光波导构成第一相位调节单元，所述第二磁光波导构成第二相位调节单元，第一相位调节单元和第二相位调节单元对TM模产生的相位移相差π，对TE模产生的相位移相等，第一光功分器的两个输出端口分别通过第一相位调节单元和第二相位调节单元与第二光功分器的两个输入端口连接，第二光功分器的两个输出端口分别与其第一输出波导和第二输出波导连接，用于输出正向传输光或输入反向传输光。

优选地，所述第一光功分器、第二光功分器采用多模干涉仪。

优选地，所述第一磁光波导、第二磁光波导分别采用在相反方向的磁场作用下对正向传输光的TM模分别产生-π/2相位移、π/2相位移，对反向传输光的TM模分别产生π/2相位移、-π/2相位移，而对正、反向传输光的TE模均产生相等相位移的横向构型磁光波导。