[发明专利]一种偏振分束器结构及偏振分束方法

说明书

本发明公开了一种偏振分束器结构及偏振分束方法，其输入区域包括结构为条形直波导的输入波导结构一和结构为脊形直波导的输入波导结构二。其耦合区域包括结构为条形直波导的耦合波导结构一和结构为脊形直波导的耦合波导结构二，耦合波导结构一的输入端口与输入波导结构一的输出端口相连，耦合波导结构二的输入端口与输入波导结构二的输出端口相连。其输出区域包括结构为条形直波导的输出波导结构一和结构为脊形直波导的输出波导结构二，输出波导结构一的输入端口与耦合波导结构一的输出端口相连，输出波导结构二的输入端口与耦合波导结构二的输出端口相连。本发明分束器结构紧凑、可以实现工艺容差大、插入损耗低、消光比高、传输带宽较宽等特性。

技术领域

本发明属于光子集成领域，特别涉及一种偏振分束器结构及偏振分束方法。

背景技术

现光子集成的快速发展主要依赖于大量插入损耗低、结构紧凑的功能器件的成功研制并应用。在波导尺寸较小的器件中通常会存在一个严重的问题：双折射现象不可能消除，这会导致不同模式间出现较大的相位差，从而使得光子集成器件的性能出现严重恶化。另外，在光通信长距传输领域，偏振复用技术已被成功应用于拓宽通信系统的传输容量。为了能够实现偏振态的分别控制，横电场模式（TE）和横磁场模式（TM）必须通过偏振分束器分开。因此，人们提出了很多种方法，用于研制偏振分束器。其中，基于多模干涉耦合器（MMI）的偏振分束器结构尺寸非常大，虽然可以通过准静态成像和级联结构减少尺寸，但是尺寸仍然在mm量级。基于马赫-增德尔干涉仪（MZI）的偏振分束器结构比较容易制作，但是尺寸往往也比较大且带宽比较窄。基于光子晶体的偏振分束器结构比较复杂、插入损耗较大、且不容易制备。为了实现尺寸较小的偏振分束器结构，纳米线和纳米槽（Slot）结构均被提出用于研制偏振分束器结构，但是，这些结构对工艺要求比价苛刻，制备难度大。

在偏振分束器结构中，定向耦合器由于结构简单、容易制作而成为非常受欢迎的结构。在高折射率差的强双折射材料如SOI波导中，基于定向耦合器的偏振分束器需要引入纳米槽、桥接波导、锥形波导等结构才能实现高消光比、高宽带传输等特性。其中，纳米槽结构的工艺制作要求高；桥接波导结构对波导宽度、波导间距的制作容差比较小，且插入损耗比较大；锥形波导结构虽然可以实现高消光比、工艺容差大的偏振分束器，但是器件结构不够紧凑，而且需要特殊设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种偏振分束器结构及偏振分束方法，本发明器件结构简单、紧凑，而且对工艺要求不苛刻、工艺容差大，可以实现低插入损耗、高消光比、宽带传输特性。本发明提出的偏振分束器结构及偏振分束方法在光子集成中的偏振控制、光通信长距传输中的偏振复用等领域具有重要的研究和应用价值。

本发明的技术方案是：一种偏振分束器结构，包括：

输入区域，所述输入区域包括输入波导结构一和输入波导结构二，其中输入波导结构一为条形直波导结构，输入波导结构二为脊形直波导结构；

耦合区域，所述耦合区域包括耦合波导结构一和耦合波导结构二，其中耦合波导结构一为条形直波导结构，耦合波导结构二为脊形直波导结构；耦合波导结构一的输入端口与输入波导结构一的输出端口相连，耦合波导结构二的输入端口与输入波导结构二的输出端口相连；

输出区域，所述输出区域包括输出波导结构一和输出波导结构二，其中输出波导结构一为条形直波导结构，输出波导结构二为脊形直波导结构；输出波导结构一的输入端口与耦合波导结构一的输出端口相连，输出波导结构二的输入端口与耦合波导结构二的输出端口相连。

上述输入区域的输入波导结构中至少一者为弯曲波导结构或者直波导加弯曲波导结构，所述弯曲波导的作用是避免光在输入区域的输入端口发生耦合，以及方便与其他器件进行集成。

上述输出区域的输出波导结构中至少一者为弯曲波导结构或者直波导加弯曲波导结构，所述弯曲波导的作用是避免光在输出区域的输出端口发生耦合，以及方便与其他器件进行集成。