[发明专利]一种基于MZI硅基可切换偏振器

说明书

技术领域

本发明涉及可切换偏振器，特别是涉及建立在SOI材料上的一种基于MZI硅基可切换偏振器。

背景技术

偏振态是光波的一个最基本的特性，而对于光波偏振态的控制在集成光路中已经得到越加广泛的关注。众所周知，因为光波的矢量特性及电场和磁场在边界处的不同边界条件，波导中广泛存在着不同的两种偏振模式，实际波导中的两种模式往往是非简并的，有不同的传播常数，对外加激励有不同的响应，因而产生了偏振模色散，偏振相关损耗，波长相关损耗等问题。在某些系统，如光传感及光信号处理中，由于其对器件的灵敏度、相干性和带宽等要求都较高，波导中偏振问题的出现极大地影响了系统的性能。目前为止，有两种途径来尽可能的减弱偏振带来的不利影响，其一是通过优化器件结构或补偿的方法来实现偏振无关特性；其二是让器件始终处于单偏振模工作状态。例如加入偏振光栅或偏振片等等。第一种方法往往增大了系统的复杂性，并且对于器件的容差要求较高。第二种方法所用分立元件，并不利于器件的集成。再者，上述提到的方法都仅仅只利用了一种偏振状态，并不能在两种偏振状态之间有效地切换。因此，需要一种方法来灵活、有效的切换偏振状态，不管是有源还是无源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MZI硅基可切换偏振器。通过两个MMI组成的MZI模式分离器件将TE/TM模式分成两束，调节MZI一臂上的电压，通过热光效应，改变MZI两臂上TE/TM模式的相位差，可达到同时切换两个输出端口偏振状态的目的。

本发明采用的技术方案如下：

本发明在SOI材料的顶层硅上刻蚀出两个结构相同的偏振不敏感2×2 MMI；第一个偏振不敏感2×2 MMI的一条S弯曲输出波导的输出端经第一锥形过渡波导与第一条波导的一端连接，第一个偏振不敏感2×2 MMI的另一条S弯曲输出波导的输出端经第二锥形过渡波导、第一倒锥形过渡波导与第二条波导的一端连接；第二个偏振不敏感2×2 MMI的一条S弯曲输入波导的输入端经第二倒锥形过渡波导与第一条波导的另一端连接，第二个偏振不敏感2×2 MMI的另一条S弯曲输入波导的输入端与第二条波导的另一端连接；在第一条波导上设有加热电极。

所述两个结构相同的偏振不敏感2×2 MMI的多模干涉区的两个边界均为抛物线型。

所述第一条波导和第二条波导其长度相同，但第一条波导宽度要小于第二条波导宽度；MZI第一条干涉臂由第一锥形过渡波导与第一条波导和第二倒锥形过渡波导构成，MZI第二条干涉臂由第二锥形过渡波导与第一倒锥形过渡波导和第二条波导构成。

本发明具有的有益效果是：

本发明在MZI的一臂上引入热电极之后，由于可以通过调节外加电压控制TE/TM模式在第二个MMI中传输的光程差，从而可以同时切换器件输出端口的偏振状态。相对于普通的偏振分离器件只能分离模式，不能自由调节的弊端。本发明的一种基于MZI硅基可切换偏振器，其输出两个端口可分离两种偏振状态，也可同时在两种偏振状态之间自由切换，设计简单，与CMOS工艺兼容，便于控制，在未来可用于偏振路由。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是偏振不敏感2×2 MMI示意图。

图3是图1的A-A’剖视图。

图4是基于MZI硅基可切换偏振器仿真效果示意图。

图中：1、S弯曲输入波导，2、S弯曲输出波导，3、多模干涉区，4、锥形过渡波导，4’、倒锥形过渡波导，5、条波导，6、条波导，7、热电极，8、二氧化硅衬底，9、底层硅。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明在SOI材料的顶层硅上刻蚀出两个结构相同的偏振不敏感2×2 MMI；第一个偏振不敏感2×2 MMI的一条S弯曲输出波导2的输出端经第一锥形过渡波导4与第一条波导5的一端连接，第一个偏振不敏感2×2 MMI的另一条S弯曲输出波导2的输出端经第二锥形过渡波导4、第一倒锥形过渡波导4’与第二条波导6的一端连接；第二个偏振不敏感2×2 MMI的一条S弯曲输入波导1的输入端经第二倒锥形过渡波导4’与第一条波导5的另一端连接，第二个偏振不敏感2×2 MMI的另一条S弯曲输入波导1的输入端与第二条波导6的另一端连接；在第一条波导5上设有加热电极7。

所述两个结构相同的偏振不敏感2×2 MMI的多模干涉区3的两个边界均为抛物线型。