非对称长度。对于厚度为80nm的硅层，所需长度仅为50 μπι的情况下可达到95%的转换效率。
[0050]图7a中的模拟是以波长λ = 1.55 μ m时的转换效率而呈现的，但是也可能是使用其他的波长，例如1.3 μπι至2 μπι。
[0051]结合图8a和8b，演示了制造缺陷的容差。可以看出，若选择足够长的所述非对称段，比如图8b所示的500 μm，那么可轻易容许线宽变化和±10%的层厚度变化。
[0052]图8a和8b显示了 TMO到TEl转换效率的模拟结果，其中包括波导宽度变化。这些实施例中，所述硅层厚度仅为50nm，即需要稍长的非对称段。所述模拟的31乂波导厚度为400nm，其包括所述波导材料2的顶部与所述硅层4的面间的5nm的S12厚度。
[0053]根据本发明的又一方面，本发明实施例中如前面所述的所述非对称波导段可成为偏振分光器与旋转器的一部分。所述偏振分光器与旋转器包括第二段，其中所述TEl模式(即所述原始TM模式)需转换为TEO模式，并耦合至第一输出端口，同时所述TEO模式(即所述原始TE模式)需耦合至第二输出端口。对于所述第二段，无需垂直非对称性，可使用波导材料的顶部和底部有3102包层材料的常规SiNx波导。图9和10示出了根据本发明的不同实施例的所述第二段的可能结构。
[0054]在图9和10中，黑色部分代表所述垂直对称的横截面，包括顶部和底部有Si02包层的SiNx波导；而数字4所指示的部分为所述薄硅层的俯视图，包括共同构成该设备非对称段的各过渡区域8。
[0055]根据图9所示的实施例，所述非对称段后面紧跟着定向耦合器12。其中，耦合至所述非对称段的、转换为TEl模式的TMO模式，现耦合至所述定向耦合器的所述第一输出端口，而另一方面，未曾在所述非对称段中进行转换的所述原始TEO模式耦合至所述定向耦合器的第二输出端口。
[0056]根据图10所示的实施例，与图9中所述定向耦合器所描述的相同功能可通过Y形接头(分光器)14、相位段16以及多模干涉耦合器18来实现。同样对于所述第二段，无需所述垂直非对称性，且垂直对称构造的优点在于其更易于制造。，来自所述非对称段输出端口的所述TEO模式和所述TEl模式在所述Y形接头14中分开。所述相位段16可在所述Y形接头的一个分支实现相移，比如π/2相移。在所述多模干涉耦合器18的后面，与所述原始TEO模式相对应的TEO模式耦合至第一输出端口，且源于所述TMO模式的TEO模式耦合至所述第二输出端口。
[0057]上文所有描述仅仅为本发明的实施方式，本发明所保护的范围并不仅限于此。本领域技术人员可很容易地进行任意的修改或替代。因此，本发明的保护范围应从属于所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种基于半导体的偏振相关模式转换器，其特征在于，包括 一种用SiNji^导材料(2)或其他折射率在1.7至2.3之间的固态波导材料(2)制成的波导，且嵌于一种含S12的包层材料中或其他折射率低于1.6且高于I的固态包层材料中， 所述波导包括在其纵向延伸部分的具有垂直非对称结构的第一段，所述非对称结构包括位于所述波导材料(2)之上的薄硅层(4)，所述垂直方向薄硅层(4)的厚度小于相同垂直方向的所述波导材料的厚度。2.根据权利要求1所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，所述薄硅层(4)在垂直方向的厚度在1nm至10nm之间。3.根据前述权利要求中任一项所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，所述波导材料⑵的厚度(高)在10nm以上至600nm之间，较佳地，在300nm至500nm之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，所述薄硅层直接置于所述波导材料的顶部。5.根据权利要求1-3中任一项所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，所述薄硅层(4)与垂直方向的所述波导材料(2)的顶部之间由在所述垂直方向的厚度在Inm至10nm之间的所述包层材料(6)的层隔开。6.根据前述权利要求中任一项所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，所述薄硅层(45)在所述波导的纵向长度(L)在ΙΟμπι至2000 μπι之间，较佳地，在200 μπι至1500 μπι之间。7.根据前述权利要求中任一项所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，所述薄硅层(4)在第一末端和/或第二末端有锥状过渡区(8、9、10)，其中所述第一和第二末端分别由在所述波导纵向上的所述波导的垂直非对称部分的输入和输出端定义。8.根据权利要求7所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，所述过渡区的至少一个为三角形(10)的形式且所述三角形的顶端背离所述薄硅层(4)的相应的末端。9.根据权利要求7或8所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，所述过渡区(8)的至少一个包括两个或更多互相紧挨的三角形，且所述的两个或更多三角形的顶端均背离所述薄硅层的相应的末端。10.根据权利要求8和9所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，位于所述第一末端上的所述过渡区包括单个三角形(8)，位于所述第二末端上的所述过渡区包括两个互相紧挨的三角形(10)。11.根据权利要求8-10中任一项所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，一个或两个所述过渡区还包括一个在所述一个或多个三角形的底与硅层(4)的全宽之间形成过渡的梯形(9)。12.根据前述权利要求中任一项所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，同一横截面中，所述薄硅层(4)在水平方向的宽度等于所述波导材料(2)在水平方向的宽度。13.根据前述权利要求中任一项所述的偏振相关模式转换器，其特征在于，所述波导(2)的所述水平宽度从所述非对称段的输入区域向输出区域沿所述非对称段中波导的全长逐渐变细。14.一种偏振分光器与旋转器，其特征在于，包括前述权利要求中任一项所述的偏振相关模式转换器和第二段，其中所述第二段包括将来自所述偏振相关模式转换器的TEl模式转换为TEO模式、并将其耦合至第一输出端口的构件，以及无需在第二输出端口的转换而耦合来自所述偏振相关模式转换器的TEO模式的构件。15.根据权利要求13所述的偏振分光器与旋转器，所述第二段包括垂直对称性。16.根据权利要求14或15所述的偏振分光器与旋转器，所述构件包括一种定向耦合器(12)。17.根据权利要求14或15所述的偏振分光器与旋转器，所述第二段的构件包括Y形接头(14)、用于在所述Y形接头各分支间引入相移的相位段(16)以及多模干涉耦合器(18)。
【专利摘要】本发明涉及一种基于半导体的偏振相关模式转换器，包括：一种用SiNX波导材料或其他折射率在1.7至2.3之间的固态波导材料制成的波导，且内嵌于一种含SiO2的包层材料中或其他折射率低于1.6且高于1的固态包层材料中，其中所述波导包括在其纵向延伸部分的具有垂直非对称结构的第一段，所述非对称结构包括位于所述波导材料之上的薄硅层，在垂直方向的所述薄硅层的厚度小于相同垂直方向的所述波导材料的厚度。
【IPC分类】G02B6/125, G02B6/126
【公开号】CN104950390
【申请号】CN201510073693
【发明人】乔斯特·布洛卡特, 汤姆·柯林斯
【申请人】华为技术有限公司
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年2月11日
【公告号】EP2924482A1, WO2015143962A1