一种偏振无关分束器的制作方法

本发明涉及一种偏振无关分束器，属于微光学器件技术领域。

背景技术：

目前，波导型偏振无关光功率分束器主要有mmi耦合型、光栅型，绝热耦合型以及定向耦合型。其中，mmi耦合型是利用自镜像原理，使器件长度正好等于两个偏振在mmi耦合器中的自镜像长度的公倍数，因此需要很长的mmi段来满足公倍数的关系，器件尺寸较大；光栅型和绝热耦合型实现偏振无关对制作工艺要求较高，且光栅型结构复杂，而定向耦合型的带宽窄且结构尺寸较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种偏振无关分束器，具有结构简单、体积小等优点。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：1.一种偏振无关分束器，其特征在于，包括基底、设于基底上的第一波导和第二波导；

所述第一波导包括依次连接的输入波导、第一直波导、第一弯曲波导、第一输出波导；

所述第二波导包括依次连接的第二直波导、第二弯曲波导、第二输出波导；

所述第一直波导和第二直波导设于耦合区域，两直波导之间设有若干的空气孔，形成亚波长结构；

入射光从输入波导进入，经第一直波导和第二直波导定向耦合、第一弯曲波导和第二弯曲波导分离，由第一输出波导、第二输出波导输出，实现入射光二分束。

优选的，各空气孔呈一字排开，所有空气孔大小相同，相邻空气孔之间间距相等。

优选的，所述空气孔的数量至少为16个，半径为0.114~0.12μm，相邻空气孔的间距为0.33~0.39μm。

优选的，所述第一直波导和第二直波导相互平行，两直波导之间的距离为50nm。

优选的，所述第一直波导和第二直波导的长度为5.46~5.5μm。

优选的，所述第一弯曲波导和第二弯曲波导的长度为6μm，弯曲高度为0.6μm。

优选的，所述基底的材料包括二氧化硅。

优选的，所述基底的高度为2μm。

优选的，所述第一波导和第二波导的材料包括硅。

优选的，所述第一波导和第二波导的宽度均为500nm，高度均为220nm

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：在分束器的耦合区域设置两直波导，在两直波导之间开设若干空气孔，形成亚波长结构，可以增强te模的耦合强度，其结构简单、体积小，能够简化制作工艺，降低生产成本。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一种偏振无关分束器的结构示意图；

图2为1530-1570μm的te光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的透射谱，其中灰色线为位于下端的输出波导，黑色线为位于上端的输出波导；

图3为1530-1570μm的te光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的稳态场强分布图；

图4为1530-1570nm的tm光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的透射谱，其中灰色线为位于下端的输出波导，黑色线为位于上端的输出波导；

图5为1530-1570nm的tm光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的稳态场强分布图；

图中：1、基底；101、耦合区域；201、输入波导；202、第一直波导；203、第一弯曲波导；204、第一输出波导；301、第二直波导；302、第二弯曲波导；303、第二输出波导；4、空气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。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。

如图1所示，是本发明实施例提供的一种偏振无关分束器的结构示意图，包括基底1、设于基底1上的第一波导和第二波导。其中：第一波导包括依次连接的输入波导201、第一直波导202、第一弯曲波导203和第一输出波导204。第二波导包括依次连接的第二直波导301、第二弯曲波导302和第二输出波导303。第一直波导202和第二直波导301设于分束器的耦合区域101，两直波导之间设有若干空气孔4，形成亚波长结构。

入射光从输入波导201进入，经第一直波导202和第二直波导301定向耦合、第一弯曲波导203和第二弯曲波导302分离，由第一输出波导204、第二输出波导303输出，实现入射光二分束。本发明实施例提供的偏振无关分束器，在分束器的耦合区域101设置两直波导，在两直波导之间开设若干空气孔4，形成亚波长结构，其结构简单、体积小，能够简化制作工艺，降低生产成本。

作为本发明的优选实施例，基底1选用二氧化硅材料制成，折射率为1.44，高度为2μm。

第一直波导202和第二直波导301选用硅材料制成，折射率为3.48，宽度为500nm，高度为220nm。第一直波导202和第二直波导301相互平行设置，两直波导之间的距离为50nm，长度均为5.46~5.5μm，具体的，可选5.48μm。

空气孔4设置有16个，呈一字排开，所有空气孔4大小相等，半径大小位于0.114~0.12μm之间，具体可以根据耦合强度调整空气孔4的半径大小。相邻空气孔4之间间距相等，相邻空气孔4的间距取值范围是0.33~0.39μm，优选0.36μm。

第一弯曲波导203和第二弯曲波导302的长度为6μm，高度为0.6μm，两弯曲波导的形状可以为s形，但不限于此，弯曲方向应相反。

由横向耦合理论可知，在相同的耦合区域101中实现完全耦合，te模需要的耦合长度比tm模的耦合长度长。所以在同一耦合区域101下偏振无关分束难以实现。当在耦合区域101中加入由空气孔4构成的亚波长结构时，通过改变空气孔4的半径可以改变te模和tm模的耦合长度。当空气孔4半径增大时，te模的耦合强度增强，tm模的耦合强度减弱；当空气孔4半径减小时，te模的耦合强度减弱，tm模的耦合强度增强。因此，在两直波导之间设置空气孔4，在确定空气孔4间距的情况下，同时调节空气孔4的半径以及耦合区域101两直波导的耦合长度，仿真选择最优参数，能够使得在同一耦合区域101中实现偏振无关分束成为可能，具体分析如下：

当te模的入射光从输入波导201进入，经过耦合区域101时会发生定向耦合，第一直波导202中的光场的能量会减少，耦合到第二直波导301中，当到耦合区域101结束时，两波导中光场能量相同，然后分别经过各自弯曲波导分离，从相应的输出波导输出，从而实现二分束。如图2所示，为1530-1570μm的te光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的透射谱，其中灰色线为输出波导303，黑色线为输出波导204；如图3所示，为1530-1570μm的te光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的稳态场强分布图。由图2和图3可以看出te模实现了二分束，且在1550nm处，te模的额外损耗为0.27db。

当tm模的入射光从输入波导201进入，经过耦合区域101时会发生定向耦合，耦合区域101下端的直波导中的光场的能量会减少，耦合到耦合区域101上端的直波导中，由于tm模所需要的耦合长度比te模的耦合长度短，所以在耦合区域101中，tm模先全部耦合到耦合区域101上端的波导，再从耦合区域101上端的波导耦合到耦合区域101下端的波导，使得两个波导的光场能量相同，然后经过弯曲波导分离，后从输出波导输出，从而实现二分束。如图4所示，为1530-1570nm的tm光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的透射谱，其中灰色线为输出波导303，黑色线为输出波导204；如图5所示，为1530-1570nm的tm光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的稳态场强分布图。由图4和图5可以看出tm模实现了二分束，且在1550nm处，te模的额外损耗为0.55db。

本发明实施例提供偏振无关分束器，te模的插入损耗为0.27db，tm模的插入损耗为0.55db，具有带宽宽、尺寸小、可集成的优点，在光通信系统、光纤用户网等方面具有广泛的应用价值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。