[发明专利]一种方向耦合器

说明书

本发明公开一种方向耦合器，包括：第一输入端口1和/或第二输入端口2，耦合区5以及第一输出端口3和/或第二输出端口4；其中，第一输入端口1和/或第二输入端口2与耦合区5的输入端口连接，第一输出端口3和/或第二输出端口4与耦合区5的输出端口连接；耦合区5由两个相邻的光波导组成，两个光波导均处于对方波导模式倏逝场范围内；耦合区5中至少一个光波导设置光栅结构，以使横电波TE与横磁波TM在耦合区5中的耦合效率相同。本发明的方向耦合器，利用光栅对波导模式等效折射率的调控作用，减小奇对称模和偶对称模之间的等效折射率差，从而实现偏振不敏感的方向耦合。

技术领域

本发明涉及集成光电子器件领域，具体涉及一种方向耦合器。

背景技术

方向耦合器(Directional coupler)由输入端口、输出端口以及耦合区组成，在集成光电子器件领域具有诸多应用，例如传感器(sensor)、分束器(power splitter)、光开关(optical switch)等功能型器件。然而方向耦合器面临到的一个问题是对偏振敏感。一种解决方法是引入偏振分束和偏振旋转元件，但这不可避免地会增大系统的尺寸和复杂度。另一个方法是通过合理地设计，使得方向耦合器本身偏振无关，即研制偏振不敏感方向耦合器。研究人员已经提出了两种结构，如图1a和图1b所示的两种偏振不敏感方向耦合器的横截面示意图，图1a中方向耦合器采用三个平行排列的沟道波导(horizontal slotwaveguide)，图1b中方向耦合器采用两个平行排列的沟道波导。这两种结构都可以同时实现横电波TE与横磁波TM的高效耦合，但是这两种结构的宽带工作特性不佳。

图2a和图2b示出目前已有的两种偏振不敏感方向耦合器结构，这两种结构的宽带工作特性不佳，在偏离中心波长50nm时，两种偏振的耦合效率差将达到15％以上。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种方向耦合器，以解决现有方向耦合器对偏振敏感的技术问题。

为此目的，本发明提出一种方向耦合器，包括：

第一输入端口1和/或第二输入端口2，耦合区5以及第一输出端口3和/或第二输出端口4；

其中，所述第一输入端口1和/或第二输入端口2与所述耦合区5的输入端口连接，所述第一输出端口3和/或第二输出端口4与所述耦合区5的输出端口连接；

其中，所述耦合区5由两个相邻的光波导组成，两个光波导均处于对方波导模式倏逝场范围内；

其中，所述耦合区5中至少一个光波导设置光栅结构，以使横电波TE与横磁波TM在所述耦合区5中的耦合效率相同。

可选的，所述光栅结构的排列方向与光传播方向一致。

可选的，所述光栅结构的周期长度T小于所述方向耦合器中传播的光的波长。

可选的，所述光波导为沟道波导、脊波导或条型波导。

可选的，所述光波导为非良导体波导。

可选的，所述非良导体波导为电介质波导、半导体波导或有机物波导。

可选的，所述电介质波导为二氧化硅波导、二氧化钛波导或氧化镓波导；所述半导体波导为硅波导、锗波导、氮化硅波导或三五族光电子化合物波导。

可选的，所述三五族光电子化合物波导为磷化铟波导或氮化镓波导。

相比于现有技术，本发明的方向耦合器，利用光栅对波导模式等效折射率的调控作用，减小奇对称模和偶对称模之间的等效折射率差，从而实现偏振不敏感的方向耦合。

进一步地，本发明的方向耦合器，具有器件尺寸小，损耗小，工作带宽宽，偏振不敏感，易于加工、集成的特点，在集成光电子领域具有很高的应用价值。

附图说明