ics Express22，27869-27879(2014).
[0082]另外，虚线BB’到虚线CC’之间的第一双刻蚀波导的第二刻蚀区101的高度H2的取值除了要保证上述模式转化的需要，还应该考虑到刻蚀工艺在这个区间内比较容易控制，而且此时器件加工的工艺容差较高。第二刻蚀区101在虚线BB’处的宽度Cl的最大值考虑了两次刻蚀工艺之间的对准误差(<50nm)。为了保证沿传播方向上的波导横截面的形状变得足够慢，即实现绝热模式转化，减小模式转化损耗，位于虚线BB’到虚线CC’之间的第一双刻蚀波导的长度L2要足够长，此处L2 = 20-100 μ mo
[0083]在图1中虚线CC’到虚线DD’之间的第二双刻蚀光波导中的所述第一刻蚀区102为宽度递增的锥形波导，所述第二刻蚀区101的宽度为线性递减。
[0084]本实施例中，在图1中虚线CC’处，所述第一刻蚀区102的宽度W2 = Wl+50nm?Wl+200nm，所述第二刻蚀区101的宽度C2 = 200nm?lOOOnm。在图1中虚线DD’处，所述第一刻蚀区102的宽度W3 = W2?W2+500nm，所述第二刻蚀区101的宽度C3为Onm?50nmo在虚线BB’到虚线CC’之间，所述第一刻蚀区102的宽度由W2线性增加到W3，所述第二刻蚀区101的宽度由C2线性减小到C3。并且，第二刻蚀区101的高度H2为50nm?150nmo
[0085]具体的，本实施例中，在已经确定第一刻蚀区厚度Hl和第二刻蚀区厚度H2的基础上，通过对第一刻蚀区102在虚线DD’处的宽度W3，第二刻蚀区101在虚线DD’处的宽度C3这两个参数的设置，可以使得波导在虚线DD’处的横截面(图5所示横截面)所支持传输的光的O阶模为TEO模式，I阶模为TEl模式，而在虚线CC’处的横截面(图4所示横截面)所支持传输的光的O阶模为TEO模式、I阶模为TEl模式、2阶模为TMO模式。
[0086]因为CC’的I阶模是TE1，DD’的I阶模也是TE1，所以虚线CC’到虚线DD’之间的第二双刻蚀光波导中不会出现模式混合区。
[0087]在虚线CC’到虚线DD’之间的第二双刻蚀光波导保持支持虚线CC’截面处所支持的TEl模式和TMO模式到虚线DD’处截面，同时使得双刻蚀区域中的第二刻蚀区的宽度由C2线性减为C3，而第一刻蚀区的宽度由W2线性增加为W3，即波导从双刻蚀波导渐变为虚线DD’处的非双刻蚀的波导。
[0088]另外，第二刻蚀区101的宽度C3的最大值考虑了两次刻蚀工艺之间的对准误差(<50nm)。而为了保证波导在第二刻蚀区101的宽度从C2减小到C3的过程依然能够支持3个模式和定向耦合器中相位匹配条件的需要，第一刻蚀区102的宽度必须慢慢变大到W3。为了保证绝热模式转化，虚线CC’处到虚线DD’之间第二双刻蚀波导的长度L3需要比较长，此处 L3 = 20um ?10um0
[0089]对应图6至图7所示，为图1中虚线DD’到虚线EE’之间的所述非对称Y分支波导103的截面情况。其中，图1所示，所述非对称Y分支波导103包括根波导、第一 Y分支波导和第二 Y分支波导。所述第一 Y分支波导和第二 Y分支波导从所述根波导处开始分叉出，并逐渐互相远离。
[0090]参考图6所示，所述非对称Y分支波导103在靠近所述双刻蚀波导一端(即图1中虚线DD’处)与所述双刻蚀波导的第一刻蚀区的尾端顺次相连。本领域技术人员能够理解的是，所述非对称Y分支波导103在靠近所述双刻蚀波导一端(即图1中虚线DD’处)为所述非对称Y分支波导103的根波导。且所述非对称Y分支波导103的根波导的宽度与所述双刻蚀波导的第一刻蚀区的宽度相等，均为W3。
[0091]其中，从所述根波导处开始分叉出宽度为W4的所述第一 Y分支波导和宽度为W5的第二 Y分支波导。
[0092]参考图7所示，在所述非对称Y分支波导的末端，所述宽度为W4的所述第一 Y分支波导和宽度为W5的第二 Y分支波导之间的距离为G。其中，W5〈W4。
[0093]基于非对称Y分支波导的模式分配原理，当某一偏振态的光从根波导输入到分支波导中的偏振光，会以某一根分支波导中和输入光有效折射率最接近的模式输出。利用模式分配原理，对于输入TEO模式，在宽度为W4的第一 Y分支波导处输出；对于输入TEl模式，转换为TEO模式，在宽度为W5的第二 Y分支波导处输出。其中W4在三分之二到五分之四的W3之间，在该宽度，根波导中的TEl模式不再会转换为第二 Y分支波导中的TEO模式，而会转化为第一 Y分支波导中的TEl模式。此处Y分支波导的长度为L4>50微米，保证转化损耗足够小。
[0094]上述基于非对称Y分支波导的模式分配原理具体参考已公开论文:Love,和 N.Riesen, ‘‘Single-, Few-, and Multimode Y-Junct1ns,，，J.Lightw.Technol., vol.30, n0.3, pp.304 - 309, Feb.2012.以及 N.Riesen,和 J.Love, “Design ofmode-sorting asymmetric Y-junct1ns, ” Appl.0pt., vol.51,n0.15, pp.2778 - 2783, May2012.，对于从根波导输入到分支波导中的偏振光，也会以某一根分支中和输入光有效折射率最接近的模式输出。因此，可以通过合理设计根波导和分支波导的宽度，来保证分支波导输出的偏振光可以为我们要求的偏振态。
[0095]所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0096]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种偏振分束旋转器，其特征在于，所述偏振分束旋转器至少包括: 形成在SOI材料的顶层硅中的波导，所述波导至少包括顺次连接的单模输入波导、双刻蚀波导和非对称Y分支波导； 所述双刻蚀波导，包括一端与所述单模输入波导尾端相连接的第一刻蚀区和位于所述第一刻蚀区两侧的第二刻蚀区，所述第一刻蚀区的高度大于所述第二刻蚀区的高度； 所述非对称Y分支波导，包括根波导、第一分支波导和第二分支波导，所述根波导与所述第一刻蚀区的尾端相连，所述第一 Y分支波导的宽度大于所述第二 Y分支波导的宽度。
2.根据权利要求1所述的偏振分束旋转器，其特征在于:所述单模输入波导为长条状。
3.根据权利要求1所述的偏振分束旋转器，其特征在于: 所述双刻蚀波导包括第一双刻蚀波导和第二双刻蚀波导； 所述第一刻蚀区的宽度线性递增； 所述单模输入波导至所述第一双刻蚀波导和第二双刻蚀波导交界处之间的所述第二刻蚀区的宽度线性递增，所述第一双刻蚀波导和第二双刻蚀波导交界处至所述非对称Y分支波导之间的第二刻蚀区宽度渐减。
4.根据权利要求3所述的偏振分束旋转器，其特征在于:所述第二刻蚀区的波导厚度为50nm?150nm，位于与所述单模输入波导相连的一端的所述第二刻蚀区的宽度与所述单模输入波导的宽度相同，所述单模输入波导的宽度为350nm?650nm ;位于所述第一双刻蚀波导和所述第二双刻蚀波导交界处的所述第二刻蚀区的宽度为200nm?100nm ;位于所述第一双刻蚀波导和第二双刻蚀波导交界处的所述第一刻蚀区的宽度比所述单模输入波导的宽度大50nm?200nmo
5.根据权利要求3或4所述的偏振分束旋转器，其特征在于:位于所述非对称Y分支波导处的第二刻蚀区的宽度为Onm?50nm，位于所述非对称Y分支波导处的第一刻蚀区的宽度比位于所述第一双刻蚀波导和第二双刻蚀波导交界处的所述第一刻蚀区的宽度大500nmo
6.根据权利要求1所述的偏振分束旋转器，其特征在于:进入所述偏振分束旋转器的光的波长范围为1.25 μ m?1.75 μ m。
7.根据权利要求1所述的偏振分束旋转器，其特征在于:所述第一Y分支波导的宽度范围为所述根波导宽度的三分之二到五分之四。
【专利摘要】本实用新型提供一种偏振分束旋转器，所述偏振分束旋转器至少包括：形成在SOI材料的顶层硅中的波导，至少包括顺次连接的单模输入波导、双刻蚀波导和非对称Y分支波导；双刻蚀波导包括一端与所述单模输入波导尾端相连接的第一刻蚀区和位于所述第一刻蚀区两侧的第二刻蚀区，第一刻蚀区的高度大于第二刻蚀区的高度；非对称Y分支波导包括根波导、第一分支波导和第二分支波导，根波导与第一刻蚀区的尾端相连，第一Y分支波导的宽度大于第二Y分支波导的宽度。由于双刻蚀波导的模式转换和非对称Y分支波导的模式分配是宽带的，本实用新型提供的偏振分束旋转器中利用了这两个基本结构的宽带特性，解决传统偏振分束旋转器带宽较窄的缺点。
【IPC分类】G02B6-126
【公开号】CN204302526
【申请号】CN201420845051
【发明人】汪敬, 甘甫烷, 盛振, 武爱民, 仇超, 王曦, 邹世昌
【申请人】江苏尚飞光电科技有限公司, 中科院南通光电工程中心, 中国科学院上海微系统与信息技术研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月26日