[发明专利]集成法拉第旋转器

说明书

本发明涉及光波导部件，例如法拉第旋转器及其制造。提供了基于硅波导(40)的法拉第旋转器，其中该波导(40)具有平行于外部施加的磁场(B_bias)的折叠或缠绕的部分(41a)。

技术领域

本发明涉及法拉第旋转器及其制造。更具体地，本发明涉及基于受磁场影响的磁/光学材料的法拉第旋转器。集成法拉第旋转器是集成光学的突破，因为它们能够使集成光隔离器和光环行器得以实现。

背景技术

光隔离器在电信领域具有重要的应用，其防止光纤电缆上的反射信号产生无用信号。当使用激光时，隔离器也很重要，因为反射光可能会对激光本身的运行造成破坏。最重要的是，光隔离器和光环行器是光网络的关键的构建模块。

在过去的几年中，已经进行了相当大的努力以将非互易部件引入集成光子电路。要实现任何光隔离器，都需要打破互易性，这使光沿一个方向通过，但会严重削弱沿相反方向传播的反射光。非互易性已通过非线性效应、通过时间相关的电光调制以及最常见地通过磁光效应引入到集成光子系统中。尽管所有尝试最终都会实现非互易器件，但仍然缺乏隔离器或环形器的实际实施方式。

对于非线性器件，通常较低的非线性效应以及对高功率泵浦源的需求给片上集成带来了主要问题。依赖于电光效应的隔离器需要繁琐的与空间和时间相关的调制方案，到目前为止，其仅被表明在抑制比不足的情况下工作。具有强磁光活性的材料被证明很难引入集成光子电路中。这些材料要么显示出非常低的效果，要么显示出太高的光学损耗，或者引起其他问题，例如硅与磁光材料之间的晶格失配。

对于具有磁光活性的材料，迈克尔·法拉第(Michael Faraday)在1845年观察到，穿过平行于静磁场的物质而传播的线性偏振光会经历偏振面的旋转。偏振面的这种旋转称为法拉第旋转，最常见的是通过将磁光活性材料(例如，铁石榴石)引入系统中来实现的。然而，由于硅和石榴石之间的大晶格失配，将这些材料与例如集成硅波导结合起来是一项挑战。与硅相比，这些石榴石的损耗也高出几个数量级。

硅的法拉第旋转在1.55μm波长下为15°/cm/T，这比铁石榴石可实现的旋转低大约两个数量级。假设偏置场为0.5T，则需要一个6cm长的波导来实现光隔离器所需的45°法拉第旋转。

本发明的目的是提供一种改进的光波导部件，用于向在硅波导部件中传播的线性偏振光的偏振面提供法拉第旋转。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种光波导部件，用于向在该波导部件中传播的线性偏振光的偏振面提供法拉第旋转，波导由硅制成，并具有与外部施加的磁场平行的折叠或缠绕部分。

在一些实施例中，波导可以以螺旋形缠绕在部件的平面上。

在一些实施例中，所述波导可以以弯折的形式缠绕在所述部件的平面上。携带反向传播的光的且彼此平行的相邻线性部分与波导的弯曲部分相组合。这些弯曲部分在平行部分之间提供相移，该相移补偿反向传播波导之间的法拉第旋转的抵消。

在一些实施例中，光波导部件缠绕为具有平行但反向传播的逆时针和顺时针分支的双螺旋线，由此彼此平行的相邻线性部分与波导的弯曲部分相组合，弯曲部分在具有反向传播的光的平行部分之间提供相移，该相移补偿反向传播波导之间法拉第旋转的抵消。

在一些实施例中，波导被缠绕为具有一个逆时针或顺时针分支的单个螺旋线。

在一些实施例中，波导包括交替的线性部分和弯曲部分，其中，线性部分由非双折射波导材料组成，并且弯曲部分由双折射波导材料组成，该双折射波导材料在反向传播部分之间提供180°相移。

在一些实施例中，线性偏振光由基本的横向电模式和横向磁模式组成。

在一些实施例中，波导的双折射弯曲部分包括在传播方向上具有增加的曲率的弯曲部，例如欧拉弯曲部。