[发明专利]基于绝热锥形非对称耦合与Y分支的硅基偏振分束旋转器

说明书

本发明公开了基于绝热锥形非对称耦合与Y分支的硅基偏振分束旋转器，具体采用二氧化硅作为基底以及包覆层；在基底与包覆层中间添加硅材料的缓冲层，并在缓冲层上构建脊形波导，形成偏振分束旋转器主体；脊型波导由三段结构组成：第一段为绝热锥形结构，宽度从W₁渐变到W₂，在波导1内部实现TM₀偏振模式到TE₁偏振模式的转化；第二段采用非对称耦合结构和绝热锥形结构，实现波导1到波导2的偏振分束和旋转；第三段由一个Y分支构成，通过一个S形弯曲结构与第二段连接，实现第二级偏振分束和旋转。本发明的硅基光偏振旋转分束器具有大工作波长范围、高消光比、低损耗等优点，在光通信与光电信号处理等系统中具有重要应用。

技术领域

本发明属于硅基光子集成、光信号多维复用以及偏振模式转化等领域，尤其涉及一种基于绝热锥形非对称耦合与Y分支的硅基偏振分束旋转器。

背景技术

硅基光波导偏振处理器器件是一种基于硅材料偏振特性的集成化偏振处理器件。光的偏振在硅基光波导中主要有TE(横电模)和TM(横磁模)两种偏振模式，实际应用主要集中在这两种偏振模式的基模，即TE₀和TM₀偏振模式(或者准TE₀偏振模式和准TM₀偏振模式)。偏振分束主要采用相位匹配原理，通过偏振模式耦合实现分离；而偏振处理的难点主要是偏振模式转化，目前实现偏振模式转化的方式主要有三种：一是通过在垂直结构上使用不同材料实现垂直方向上的折射率对称打破，可在某一宽度区域内产生混杂超模，偏振比接近50％时可实现偏振模式转化；二是通过非对称耦合结构，将水平和垂直两个方向的折射率对称同时打破，从而在波导间形成混杂超模，通过偏振模式耦合效应在偏振分离的过程中实现偏振模式转化；三是使用一个Y分支结构，利用偏振模式分类原理，实现多种偏振模式间的转化。由于硅材料的高折射率对比度以及偏振相关的特性，这些偏振模式转化方式可以在硅光子集成平台中以极小的尺寸、极低的损耗实现。因此硅基光波导偏振处理器件在未来集成化偏振处理器件制备领域有重要的研究以及应用价值。其中硅基光波导偏振分束旋转器可以将输入的多种偏振模式转化为一种偏振模式输出，而当前光信号处理器件普遍存在偏振敏感性，更少的偏振态意味着更简单的后续处理以及更少的偏振损耗，因此在未来集成化的数据通信，量子通信领域应用中，偏振分束旋转器是实现多维复用/解复用系统的必要器件。