一种功分器、波分器和偏振分束器及其设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种功分器、波分器和偏振分束器及其设 计方法。
【背景技术】
[0002] 光功分器是连接光线路终端和光网络单元的核心器件之一，也是构成其他光器件 的重要组成部分。一直以来，由于集成光波导一次成型工艺的限制，难以让集成光功分器 实现光功率分配可调的功能，这制约了架设光网络结构中按照不同链路损耗，灵活分配光 功率的实现。目前，有两种技术途径可以获得实际可调的光功分器：一种是γ型光纤熔融 拉锥型光功率可调耦合器，通过将两根裸光纤靠在一起，在高温火焰中加热使之熔化，同时 在光纤两端拉伸光纤，使光纤熔融区成为锥形过渡段，从而构成耦合器，这种方法在工艺上 易于实现，但由于器件尺寸大，且易受应力等环境因素影响，不能够提供稳定的光功率分配 比；另一种是利用电光或是热光效应，通过在波导旁附加电极或热电极，以改变其中一分支 波导的折射率的方式来实现可调的光能量分配，但由于制作电极对于工艺要求较高，同时 很大程度上增加了设备的成本。
[0003] 此外，目前的波分器一般为基于MMI效应Y分支波导的波分器结构，，目前的偏振 分束器是双折射棱镜行偏振分束器，是由两个双折射材料制成的棱镜粘合在一起构成的， 但现有的这两种结构的缺点体积大，不利于集成；目前基于光子晶体波导的光功分器已经 报道的有Y分支型光功分器、定向耦合器等结构，但均不能实现可调谐功率分配，限制了它 的实际应用。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种功分器、波分器和偏振分束器及其设 计方法，通过调制混合入射波的相位来实现对所述混合入射波的功率进行任意比分配、对 所述不同波长的混合入射波进行波分、或，对所述TE和TM混合入射波进行偏振态分离。
[0005] 第一方面，本发明提供一种功分器、波分器和偏振分束器的设计方法，包括：
[0006] 获取二维光栅块的周期和占空比；
[0007] 通过调整所述二维光栅块的周期和占空比，对入射波进行分配。
[0008] 可选的，所述对入射波进行分配包括：对所述入射波的功率进行任意比分配、对不 同波长的所述混合入射波按照波长的不同进行波分、或，对所述TE和TM混合入射波进行偏 振态的分离。
[0009] 可选的，对所述入射波的功率进行任意比分配，包括：
[0010] 根据预设透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，以及预设所述透射波的功分 比，通过调节所述二维光栅块的周期和占空比，对所述TE和TM混合入射波的功率进行任意 比分配。
[0011] 可选的，所述根据预设透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，以及预设所述 透射波的功分比，通过调节所述二维光栅块的周期和占空比，对所述入射波的功率进行任 意比分配，包括：
[0012] 根据预设透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，以及预设所述透射波的功分 比，获取所述二维光栅块的相位调制关系；
[0013] 根据RCWA算法，获取所述二维光栅块在不同周期和不同占空比下的相位值；
[0014] 根据所述二维光栅块的相位调制关系，获取所述透射波满足预设汇聚点与所述二 维光栅块的距离，以及预设所述透射波的功分比时的周期和占空比，并通过调节所述二维 光栅块的周期和占空比，对所述入射波的功率进行分配；
[0015] 其中，所述二维光栅块的横纵周期相同。
[0016] 可选的，所述对不同波长的所述混合入射波按照波长的不同进行波分，包括：
[0017] 根据预设透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，以及预设所述入射波的不同 波长值，通过调节所述二维光栅块的周期和占空比，对所述不同波长的混合入射波按照波 长值的不同进行波分。
[0018] 可选的，所述根据预设透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，以及预设所述 入射波的不同波长值，通过调节所述二维光栅块的周期和占空比，对所述不同波长的混合 入射波按照波长值的不同进行波分，包括：
[0019] 根据预设透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，以及预设入射波的不同波长 值，获取所述二维光栅块的相位调制关系；
[0020] 根据RCWA算法，获取所述二维光栅块在不同周期和不同占空比下的相位值；
[0021] 根据所述二维光栅块的相位调制关系，获取所述透射波满足预设汇聚点与所述二 维光栅块的距离，以及预设所述入射波的波长分配时的周期和占空比，并通过调节所述二 维光栅块的周期和占空比，对所述不同波长的混合入射波按照波长的不同进行波分。
[0022] 可选的，所述对所述TE和TM混合入射波进行偏振态的分离，包括：
[0023] 根据预设TE和TM透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，通过调节所述二维 光栅块的周期和占空比，将所述TE和TM混合入射波分离成TE透射波汇聚为一汇聚点，TM 透射波汇聚为另一汇聚点。
[0024] 可选的，所述根据预设TE和TM透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离，通过调 节所述二维光栅块的周期和占空比，将所述TE和TM混合入射波分离为TE透射波汇聚为一 汇聚点，TM透射波汇聚为另一汇聚点，包括：
[0025] 根据预设TE透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离和TM透射波的汇聚点与所 述二维光栅块的距离，获取所述二维光栅块的相位调制关系；
[0026] 根据RCWA算法，获取所述二维光栅块在不同周期和不同占空比下的相位值；
[0027] 根据所述二维光栅块的相位调制关系，获取满足所述TE透射波的汇聚点与所述 二维光栅块的距离和TM透射波的汇聚点与所述二维光栅块的距离时的周期和占空比，并 通过调节所述二维光栅块的周期和占空比，对所述TE和TM混合入射波进行偏振态分离。
[0028] 可选的，所述二维光栅块的横纵周期相同，或所述二维光栅块的横纵周期不相同。
[0029] 第二方面，本发明还提供了一种功分器、波分器和偏振分束器，包括：
[0030] 功分器，用于对所述入射波的功率进行任意比分配；
[0031] 波分器，用于对不同波长的所述混合入射波按照波长的不同进行波分；
[0032] 偏振分束器，用于对所述TE和TM混合入射波进行偏振态的分离。
[0033] 由上述技术方案可知，本发明提供的一种功分器、波分器和偏振分束器及其设计 方法，该方法通过光波偏转原理、一维条形光栅汇聚原理及二维阵列光栅块汇聚原理，实现 了对所述混合入射波的功率进行任意比分配、对所述不同波长的混合入射波进行波分、或， 对所述TE和TM混合入射波进行偏振态的分离。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明一实施例提供的一种功分器、波分器和偏振分束器的设计方法的流 程不意图；
[0035] 图2为本发明一实施例提供的入射波透过光栅块结构示意图；
[0036] 图3A至3B为本发明一实施例提供的亚波长光栅块在不同的周期及占空比下对光 波透射率及相位的影响示意图；
[0037] 图4为本发明一实施例提供的相邻光栅块之间的位置结构示意图；
[0038] 图5为本发明一实施例提供的一维条形亚波长光栅对TE/TM滤波的同时对TE/TM 光波的光功率（任意比）进行分配的示意图；
[0039] 图6为本发明实施例提供的二维阵列光栅块对入射波的功率进行任意比分配的 示意图；
[0040] 图7为本发明实施例提供的二维阵列光栅块对不同波长的混合入射波按照波长 的不同进行波分的示意图；
[0041] 图8为本发明实施例提供的二维阵列光栅块对TE和TM混合入射波进行偏振态的 分离的示意图；
[0042] 图9为本发明一实施例提供的二维阵列光栅块对入射波进行分配的示意图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图，对发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清 楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0044] 本发明实施例主要是基于SOI (Semicon