实施方法是在波导的一个角上刻蚀出一个长方体型凹槽，长方体形凹槽用于打破光轴结 构的对称性，使得结构的本征光轴发生旋转;长方体型凹槽的刻蚀的深度、宽度以及相对位 置决定了透光轴的旋转角度。这一技术为本领域现有的技术手段，故不予赘述。
[0032] 对称性的打破还可以通过沉积其他介质材料实现。沉积其他介质材料一般是沉积 一层材料(单晶硅，氮化硅等)后，对这层介质材料进行刻蚀，形成长条形凹槽或长条形块状 介质。当光在波导中传播时，光感知到这层介质材料后，由于波导结构不同部位的折射率不 同，其对称性被打破，因此本征光轴会发生旋转。光轴的旋转角度由介质材料的厚度以及其 形状的特征参数决定。这一技术为本领域现有的技术手段，故不予赘述。
[0033]损耗部分有两种实现方法，包括：
[0034] 损耗部分由沉积金属实现的损耗部分的结构为:在靠近波导的一侧的斜上方的角 上，设有长条形金属，所述长条形金属的长度与所述述长方体型凹槽相同，所述长条形金属 的宽度大于等于〇. 1微米。长条形金属使特定的本征模式损耗增大，实现偏振选择损耗的功 能。
[0035] 所述损耗部分还可以利用掺杂的方式来实现。其实施方法是，在波导的一个角(掺 杂区域的坐标以及大小由所需的透光轴角度所决定)掺入N型离子或P型离子，掺杂后的波 导对光的吸收会大幅增强，从而增大光的传输损耗，如图所示。其掺杂的波导长度由掺杂的 浓度以及掺杂区域的大小所决定。
[0036] 对称性打破部分与损耗部分二者相互作用，对称性打破部分负责旋转光轴，产生 所需透光轴角度的本征模式，损耗部分位于垂直于这一透光轴角度的另一本征模式的延长 线上，对这一本征模式进行损耗。
[0037] 考虑到实际制作的难度，本【具体实施方式】选择包层部分刻蚀以及沉积金属来实现 偏振选择损耗部分。多角度透光轴起偏器的输入波导、输出波导均采用倒锥结构。包层部分 刻蚀的长方体凹槽的长度等于所述偏振选择性损耗部分的波导的长度。长方体形凹槽宽度 为1~2微米。长方体凹槽的长度等于偏振选择性损耗部分的波导的长度。长条形金属的宽 度和高度均为0.1微米。
[0038]图2和图3分别为透光轴为135°为例的起偏器三维结构示意图与横截面图。输入波 导部分采用倒锥结构，波导宽度逐渐减少，这样入射光的模场会部分弥散到包层中。在对称 性打破部分，本实施例采用了包层的部分刻蚀结构，这样从入射波导输入的光见到的折射 率对称性被打破，通过控制包层刻蚀的深度、宽度以及相对位置，由公式
[0040] 公式（1)中，η为折射率分布，Η为磁场分量，积分区域为模场区域。x、y分别代表没 有发生旋转时，两个本征光轴的方向。
[0041] 得到光轴旋转45°的本征模式，如图4(a)和(b)所示，图中的箭头是本征模式的电 场方向。本发明之所以采用包层刻蚀，是因为目前业界的套刻精度在lOmii量级，而这样的套 刻误差对波导的部分刻蚀影响是非常巨大的。为了弥补工艺误差带来的影响，本发明采用 了刻蚀深度和宽度尺寸相对更大的包层刻蚀，这样套刻误差造成的劣化则相对小得多。接 着在包层刻槽的靠近波导的角沉积了一层金属，这样图4(a)中的本征模式1会受到金属的 影响，形成传输损耗非常大的表面等离子模式，如图4(c)。其传输损耗可以用公式
[0043]来表征，其中neff是模式的有效折射率的虚部，k是波矢。同时图4(b)中的本征模 式则会变成图4(d)中的模式，基本不会受到金属的影响。当偏振选择性损耗部分的长度足 够长(损耗大于或等于99%，长度由上述公式(2)确定)时，这种表面等离子体模式可以完全 损耗，这样相当于把垂直于透光轴的光滤出掉，而平行与透光轴的光保留下来，从而实现 135°检偏器的功能。最后，经过损耗的光经过输出波导部分親合输出。
[0044]需要注意的是，以上实施示例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照 较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的 技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在 本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 芯片集成的多角度透光轴起偏器，其特征在于，包括三个部分:入射波导部分、偏振 选择性损耗部分以及出射波导部分，其中，所述偏振选择性损耗部分包括对称性打破部分 和损耗部分； 所述对称性打破部分，用于打破光轴结构的对称性，使得结构的本征光轴发生旋转； 所述损耗部分，用于使特定的本征模式损耗增大，实现偏振选择损耗的功能。2. 根据权利要求1所述的芯片集成的多角度透光轴起偏器，其特征在于，所述对称性打 破部分通过在所述偏振选择性损耗部分的包层内刻蚀凹槽实现，具体为:所述偏振选择性 损耗部分的波导侧上方的包层内设有与所述波导方向平行的长方体形凹槽，所述长方体形 凹槽打破光轴结构的对称性，使得结构的本征光轴发生旋转； 所述长方体形凹槽的长度满足某一本征模式能被完全损耗，宽度大于等于〇. 9微米，长 方体凹槽从包层的顶部开始，所述长方体形凹槽的最底面距离波导上表面有一定的垂直间 距，所述长方体形凹槽与波导之间有一定的水平间距，所述垂直间距、水平间距，均由所需 透光轴的角度所决定。3. 根据权利要求1所述的芯片集成的多角度透光轴起偏器，其特征在于，所述对称性打 破部分通过对所述偏振选择性损耗部分的波导部分刻蚀实现，具体为:在所述偏振选择性 损耗部分的波导的一个角上刻蚀出一个长方体型凹槽，所述长方体形凹槽打破光轴结构的 对称性，使得结构的本征光轴发生旋转;所述长方体形凹槽的刻蚀的深度、宽度以及相对位 置决定了透光轴的旋转角度。4. 根据权利要求1所述的芯片集成的多角度透光轴起偏器，其特征在于，所述对称性打 破部分通过在所述偏振选择性损耗部分的波导上沉积介质实现。5. 根据权利要求1-4之一所述的芯片集成的多角度透光轴起偏器，其特征在于，所述损 耗部分通过在所述偏振选择性损耗部分的包层内设置沉积金属，具体为:在靠近所述偏振 选择性损耗部分的波导的一侧的斜上方的角上，设有长条形金属，所述长条形金属使特定 的本征模式损耗增大，实现偏振选择损耗的功能;所述长条形金属的长度与所述述长方体 型凹槽相同，所述长条形金属的宽度大于等于0.1微米。6. 根据权利要求1-4之一所述的芯片集成的多角度透光轴起偏器，其特征在于，所述损 耗部分通过在所述偏振选择性损耗部分的波导上一个角掺入N型离子或P型离子，掺杂区域 的坐标以及大小由所需的透光轴角度所决定，掺杂的波导长度由掺杂的浓度以及掺杂区域 的大小所决定;掺杂后的波导对光的吸收会大幅增强，从而增大对光的传输损耗。7. 根据权利要求2所述的芯片集成的多角度透光轴起偏器，其特征在于，所述长方体形 凹槽的宽度为1~2微米。8. 根据权利要求2或7所述的芯片集成的多角度透光轴起偏器，其特征在于，所述长方 体凹槽的长度等于所述偏振选择性损耗部分的波导的长度。9. 根据权利要求5所述的芯片集成的多角度透光轴起偏器，其特征在于，所述长条形金 属的宽度和高度均为〇. 1微米。10. 根据权利要求1所述的芯片集成的多角度透光轴起偏器，其特征在于，所述输入波 导、输出波导均采用倒锥结构。
【专利摘要】本发明涉及一种芯片集成的多角度透光轴的起偏器，包括入射波导部分、偏振选择性损耗部分以及出射波导部分，偏振选择性损耗部分由对称性打破部分与损耗部分组成。入射偏振态光首先经过入射波导部分输入，以本征模式的形式传播。进入偏振选择性损耗部分，由于波导结构的纵向对称性被打破，其本征模式的光轴会发生旋转，光轴旋转的角度可控。如果选择性对其中一个本征模式引入较大损耗，当偏振选择性损耗部分的长度选的足够长时，这一本征模式被完全损耗掉，从而过滤出特定偏振角度的偏振光。最后由出射波导部分耦合输出。本发明首次提出了多角度透光轴的芯片集成起偏器结构。
【IPC分类】G02B5/30
【公开号】CN105549145
【申请号】CN201610079196
【发明人】余宇, 秦亚光, 张新亮
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年2月4日