[发明专利]一种波导型可调控检偏器

说明书

技术领域

本发明属于集成光子学领域，涉及光波导功能器件，具体指一种基于电光效应的可调控检偏器件。

背景技术

光波导功能器件是集成光子系统中的单元器件，因其结构紧凑、易于集成、性能稳定等诸多优点而受到国内外研究人员的广泛关注和重视，且近年来发展十分迅速。光波导功能器件可通过采用不同方式进行系统集成，从而实现具有相应光信息处理功能的集成光子系统，它们在光通信、光信号处理、传感等领域有着广泛应用。

波导型偏振功能器件是集成光子系统中不可或缺的核心元器件，具体包括检偏器、偏振分离器和偏振旋转器。在集成光子系统中，通常由于存在偏振模式色散、偏振相关损耗、偏振相关增益等诸多偏振效应，易导致信号的波动、幅度噪声和波形失真等问题，这将严重限制光通信和光信号处理质量，因而需设计和制作偏振功能器件来改善集成光子系统性能。目前，国内外研究人员已提出了各种不同实现方案，但是这些具有不同结构和工作原理的波导型偏振功能器件，通常属于“静态”型传统元器件，其偏振输出不能在线动态调控，这不仅使其应用领域和范围受到较大限制，而且在器件设计和制作过程中与其它光子器件集成时也将产生新的诸多问题。

近年来，可调控偏振功能器件的研究开始引起了人们的极大兴趣。设计和制作可调控偏振功能器件，这不仅能解决光子系统中不同功能器件的偏振效应问题，同时还可解决因制作工艺误差所引起的器件性能降低的问题；其次，可调控偏振功能器件还可用于对集成光子系统在不同状态下的不同偏振光的传输损耗进行在线监测；另外，在偏振复用通信技术和偏振光时域反射技术中，需要可调控偏振功能器件对其偏振进行在线调控；最后，在量子通信中对量子信息进行编码和解码过程中需要可调控偏振功能器件来完成，其器件性能将直接影响通信速率和误码率。目前，有关可调控偏振功能器件的实现方案多种，但这些器件主要适用于自由空间光传输和光纤系统中的偏振调控，而真正能用于集成光子系统的偏振调控的报道则较少。这些器件在调控性能、制作难度、波长依赖性、结构复杂性等某一或多个方面存在较大缺点，离实际应用还有较大距离。

波导型可调控检偏器是利用电光或热光等效应，对集成光学系统中的特定偏振态（即TE或TM）光信号的传输进行有效调控，使其获得特定偏振光输出。例如，当TE和TM光信号同时输入到波导型检偏器时，波导型检偏器仅使TE光信号输出，而TM光信号被衰减掉，则称为TE波检偏；改变调控信号，波导型检偏器仅使TM光信号输出，而TE光信号被衰减掉，则称为TM波检偏。这种器件在系统中的作用至为重要，但目前还未见有关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种波导型可调控检偏器，该波导型可调控检偏器采用脊型波导结构，在调控区域采用具有大双折射率差的液晶材料作为上包层，在调控区的上、下调控电极分别位于上下包层的上下方；该波导型可调控检偏器利用电光效应，改变调控区域的折射率，使其不同偏振态的光信号的传输损耗发生不同改变，从而实现特定偏振光输出的调控。该器件具有结构简单、易于设计和制作、波长依赖性低、调控简便等诸多优点。

本发明技术方案如下：

一种波导型可调控检偏器，如图1、2、3所示，其中图1为器件俯视图，图2和图3分别为波导在AA′、BB′位置处的横截面图。波导由输入波导1、调控波导2和输出波导3构成，三者成一直线。输入波导1和输出波导3是由下包层材料4、芯层材料5和上包层材料6构成的一个脊型直波导结构；而调控波导2由下包层材料4、芯层材料5和上包层材料7构成的一个脊型直波导结构，上包层材料7为液晶材料；在调控区，其调控上电极8和下电极9分别位于上、下包层的上、下方；所述液晶材料的晶轴初始方向平行于水平平面，且与直波导垂直。

当上、下金属电极之间不施加控制电压时，液晶材料的晶轴取向为初始方向；当上、下金属电极之间施加饱和控制电压U₀时，液晶材料的晶轴取向变为与初始方向相垂直。通过锥形光纤耦合，光信号由左端耦合进波导中沿着波导向前传输。当上下金属电极之间不施加控制电压时，TE波偏振光在调控区因泄漏大而损耗掉，故没有输出；而TM波偏振光在调控区波导内传输时其损耗很小，将继续向前传播，从右端输出，实现了TM波偏振光的检偏。当上下金属电极之间施加控制电压时，液晶材料的晶轴取向变为竖直方向，这时TM波偏振光在调控区因泄漏损耗大而没有输出；而TE波偏振光在调控区因损耗很小而将从波导右端输出，实现了TE波偏振光的检偏。