专利名称：一种光学偏振分束合束器的制作方法
技术领域：
本发明属于集成光子器件，具体涉及一种光学偏振分束合束器。
背景技术：
随着语音、图像和数据等信息量爆炸式的增长，尤其是因特网的迅速崛起，不断扩大光通信容量已是必然的趋势。在高速长距离光通信应用中，容量为IOOGbps及以上的系统是当前骨干传输网的发展方向，由于偏振模间的色散增加远小于基带展宽带来的色散增力口，所以偏振复用技术成为提高信号传输容量的首选。在涉及双偏振态复用技术(例如双偏振正交四相相移键控DP-QPSK技术)的光通信系统中，发射端需要将两个被分别调制的相互垂直的偏振光进行合束，而输出端需要将包含有两个相互垂直偏振分量的输入光分解成两束分别具有垂直和水平偏振的输出光束。 现有偏振分束器主要可以分为两种，一种是分立式偏振分束器，它们大多低损耗、低串扰、宽带，但很难与其他器件集成，如Wollaston棱镜和形致双折射(form_birefringent)偏振分束器。另外一种是可集成的偏振分束器，如利用狭缝波导(slot waveguide)稱合器、硅线耦合器和弯曲波导耦合器实现偏振分束，其缺点是串扰比较大；利用表面等离子激元(surface plasmon polariton)等进行偏振分束,但其插入损耗大,制作也比较困难；LijunWu在“Planar photonic crystal polarization splitter”一文中提出平面光子晶体偏振分束器，利用光的两个正交偏振态在特定频段内，在光子晶体传播中所表现出的不同的色散特性，也可以实现偏振分束，但是其插入损耗大，带宽较窄。见optics letter, vol. 29,no. 14，July 15 2004，pp.1620-1622。
发明内容
本发明提供一种光学偏振分束合束器，解决现有偏振分束器存在的无法同时满足损耗、串扰、集成以及尺寸要求的问题，以满足目前偏振复用光通信系统中两个正交偏振光束间的结合与分离需求。本发明所提供的一种光学偏振分束合束器，由在衬底上自下而上依次生长的包层、下导波层和上导波层构成，其特征在于所述上导波层为图形层，由沿z方向依次排列的输入波导、第一准直透镜、光栅楔形棱镜、第二准直透镜、第一输出波导和第二输出波导构成，各组成部分的材料相同；A.所述输入波导为水平截面矩形的长方体；B.所述第一准直透镜为扁平柱体，包括连为一体的两部分，第一部分水平截面形状为矩形；第二部分水平截面形状为半椭圆形，其长轴B1和短轴Id1分别满足
W1YTU^ ITMB1 = (a1TE+a1TM) /2, site = ι..................^.......................=j ，aiTM ~ ~7=—^..................................τ，
jSJnITU ~~η0 ΕrSjnVTM ~~η0 Μb,彡160 λ / (η1ΤΕ+η1ΤΜ), b,越大性能越好,但器件尺寸增大,η1ΤΜ，η1ΤΕ分别为光束TM和TE在所述第二部分的等效折射率；nOTM’ n0TE分别为光束TM和TE在下导波层、包层和衬底总的等效折射率，所述半椭圆形短轴与所述第一部分矩形y方向的边拼接；C.所述光栅楔形棱镜由N个z方向长度依次递减的柱体沿y方向等间隔排列为近似直角三角形，该近似直角三角形顶角Θ为
权利要求
1.一种光学偏振分束合束器，由在衬底(10)上自下而上依次生长的包层(9)、下导波层(8)和上导波层(7)构成，其特征在于 所述上导波层为图形层，由沿z方向依次排列的输入波导(I)、第一准直透镜(2)、光栅楔形棱镜(3)、第二准直透镜(4)、第一输出波导(5)和第二输出波导(6)构成,各组成部分的材料相同； A.所述输入波导(I)为水平截面矩形的长方体； B.所述第一准直透镜(2)为扁平柱体，包括连为一体的两部分，第一部分水平截面形状为矩形；第二部分水平截面形状为半椭圆形，其长轴B1和短轴Id1分别满足
2.如权利要求I所述的光学偏振分束合束器，其特征在于 所述衬底采用能够形成平面光波导的介质材料，包括单晶硅、磷化铟、砷化镓、蓝宝石、碳化娃； 所述包层采用能够形成平面光波导的介质材料，包括二氧化硅，磷化铟、铟镓砷磷、砷化镓、铝镓砷、氮化镓,铟镓氮、铝镓氮； 所述上、下导波层采用能够形成平面光波导的介质材料，包括非晶硅、铟镓砷磷、砷化镓、氮化镓、铟镓氮、招镓氮。
全文摘要
一种光学偏振分束合束器，属于集成光子器件，解决现有偏振分束器存在的无法同时满足损耗、串扰、集成以及尺寸要求的问题。本发明由在衬底上自下而上依次生长的包层、下导波层和上导波层构成，所述上导波层为图形层，由沿z方向依次排列的输入波导、第一准直透镜、光栅楔形棱镜、第二准直透镜、第一输出波导和第二输出波导构成，各组成部分的材料相同。本发明带宽高、损耗低、串扰低、体积小，与现有制作工艺兼容，可方便地进行单片集成，在偏振复用高速光通信系统中，可用于发射端将两个被分别调制的相互垂直的偏振光进行合束而并入一路传输，也可用于接收端将一束包含有两个相互垂直偏振分量的输入光分解成两束垂直和水平偏振的输出光束。
文档编号G02B6/126GK102798929SQ201210274288
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者李洵, 郭清逸, 李蔚, 奚燕萍, 邱新友 申请人:华中科技大学