大而没有输出，由此实现了TE波检偏。由此可见，通过改变调控电压，即 可实现TM波检偏，也可实现TE波检偏，实现了光信号的偏振分离和偏振光输出通道的转换 调控。
[0012] 本发明提出的波导型可调控检偏器，其原理是利用各向异性材料液晶的大双折射 率差特性，通过电光效应的调控来改变液晶的晶轴取向，从而实现光信号的不同偏振检偏。 这是一种具有新型功能的光波导器件，具有结构简单、易于设计和制作、波长依赖性低、调 控简便等诸多优点，在集成光子系统中具有应用前景。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明提供的波导型可调控检偏器的结构示意图。
[0014] 图2是本发明提供的波导型可调控检偏器沿图1中AA'连线进行剖分的截面示意 图。
[0015] 图3是本发明提供的波导型可调控检偏器沿图1中BB'连线进行剖分的截面示意 图。
[0016] 图4是本发明提供的波导型可调控检偏器在液晶晶轴取向沿水平方向时(a)TE波 和(b)TM波光信号在波导中传播的光场分布。
[0017] 图5是本发明提供的波导型可调控检偏器在液晶晶轴取向沿竖直方向时(a)TE波 和(b)TM波光信号在波导中传播的光场分布。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明进行进一步的说明。通常，光通信系统中通信窗口为近红 外光，这里，假定光信号的工作波长为1.55μπι。如图1所示，波导芯层材料5为掺ICP-E的聚 砜，其折射率为1.67;下包层材料4为聚合物材料UV158，其折射率为1.50;上包层材料6为聚 合物材料ΡΜΜΑ，其折射率为1.48;上包层材料7为液晶Ε7，其寻常光和非常光所对应的折射 率分别为1.50和1.685。其波导芯层厚度g、脊高||以及宽度滅分别为1. ΟμπκΟ. 8μπι、5. Ομπι。
[0019] 这里采用光束传播法(ΒΡΜ)对本发明提供的波导型可调控检偏器的光学性能进行 模拟。当控制电极不是加控制电压时，液晶材料的晶轴取向为初始方向，ΤΕ波和ΤΜ波光信号 在该器件调控区中传播的光场分布如图4(a)和(b)所示，对于ΤΕ波和ΤΜ波，其光损耗分别仅 为30.1 dB和0.001 dB，其消光比高达30 dB，TM波光信号完全输出而TE波光信号无输出，从 而实现TM波检偏。当控制电极施加饱和控制电压10V时，液晶材料的晶轴取向发生改变，与 初始方向相垂直，TE波和TM波光信号在该器件调控区中传播的光场分布如图5 (a)和(b)所 示，对于TE波和TM波，而其光损耗分别仅为0.002 dB和30.2 dB，其消光比也超过30 dB，TM 波光信号无输出而TE波光信号完全输出，从而获得TM波检偏。上述模拟结果表明，通过电压 调控液晶晶轴方向，该器件能实现不同偏振光波的检偏。
[0020] 另外，本发明进一步考察了波导型可调控检偏器检偏性能对其工作波长的依赖 性。当入射光信号波长范围为1530nm~1565nm，模拟结果表明，其光功率输出随工作波长变 化很小，这里不再给出其模拟结果。因此，该器件的波长依赖性很低，这对于其实际应用十 分有用。接着，本发明考察了制作工艺误差对波导型可调控检偏器光学性能的影响。在目前 工艺技术条件下，波导线宽误差和波导脊高误差可容易控制在±〇·5μπι和±0·1μπι以内。这 里分别假设其波导线宽和波导脊高的变化范围为-0 · 5μπι~0 · 5μπι和-ο · Ιμπι~0 · Ιμπι，模拟结 果表明，其各个端口的光功率输出受工艺误差变化的影响很小，这种特性有利于降低波导 型可调控检偏器的工艺制作难度和制作费用，对于其实际应用十分有用。
[0021] 本发明所提出的一种波导型可调控检偏器，具有结构简单、易于设计与制作、波长 依赖性低、输出端口转换方便等优点，在集成光子系统中具有应用前景。
【主权项】
1. 一种波导型可调控检偏器，包括由下包层材料(4)、芯层材料（5)、上包层材料(6)以 及液晶材料(7)作为调控区的上包层材料所构成的一个波导结构;所述光波导结构包括光 输入直波导（1)、调控直波导(2)、光输出直波导(3);所述作为调控区上包层的液晶材料(7) 的晶轴初始方向平行于水平平面，且与直波导垂直;所述调控区的包层材料的上下两面分 别为上金属电极(8)和下金属电极(9)，当上、下金属电极之间不施加控制电压时，液晶材料 的晶轴取向为初始方向；当上、下金属电极之间施加饱和控制电压U〇时，液晶材料的晶轴取 向变为与初始方向相垂直;当上下金属电极之间不施加控制电压时，从光输入直波导（1)输 入的光信号经过液晶材料构成的调控波导（2)后，TM波偏振光从直波导（3)输出，而TE波偏 振光因很大的泄漏损耗而导致无输出；当上下金属电极之间施加饱和控制电压Uo时，从光 输入直波导（1)输入的光束经过液晶材料构成的调控波导（2)后，TE波偏振光从直波导（3) 输出，而TM波偏振光因很大的泄漏损耗而无输出。2. 根据权利要求1所述的波导型可调控检偏器，其特征在于，其芯层材料为掺ICP-E的 聚砜，所述下包层材料(4)为聚合物材料UV15，所述上包层材料(6 )为聚合物材料PMMA;所述 调控区的上包层(7)为液晶材料E7。
【专利摘要】一种波导型可调控检偏器，属于集成光子器件技术领域。该波导型可调控检偏器采用有机聚合物材料和具有大双折射率差的液晶材料，使不同偏振光信号在波导传输过程中存在不同的泄漏损耗，从而完成TE波光信号偏振检偏。通过电极施加调控电压，利用电光效应来调控液晶的晶轴取向，从而实现TM波光信号偏振检偏。该器件可以对不同偏振光信号实现在线检偏，具有结构简单、易于设计和制作、波长依赖性低、调控简便等诸多优点，在集成光子系统中有广阔应用前景。
【IPC分类】G01J4/00
【公开号】CN105606221
【申请号】CN201610004189
【发明人】唐雄贵, 赵娉, 王亚新, 梁珊, 陈明, 郑之伟, 周慧
【申请人】湖南师范大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月7日