103的宽度依然为W4，所述直通波导104和弯曲波导103之间的距离依然为Gl。
[0120]这部分的波导横截面示意图如图6所示，直通波导104和弯曲波导103之间的间隔为G1。所述间隔Gl的最小值由工艺精度决定。而Gl越大，为了完成模式转化，直通波导和弯曲波导的长度L5就越长，使得器件尺寸越长，所以Gl不能太大。弯曲波导宽度W4取值需要满足相位匹配条件，也就是宽度为W4的相邻波导的O阶模TEO模的有效折射率和宽度为W3的直通波导的I阶模TEl模式的有效折射率相等。根据耦合模理论(具体可参考作者为 K.0kamoto，书名为“Fundamentals of optical waveguides”的书籍)，在这样的相位匹配条件满足之后，光功率会在两根波导之间周期性变化，因此经过一定的长度L5后，直通波导中TEl可以完全转化为相邻波导中的TEO。而此时直通波导中TEO模式的有效折射率肯定与相邻波导中的任何模式的有效折射率不相同，所以TEO模式依然在直通波导中传输。主要耦合区的长度L5在确定了 Gl和W4之后，根据耦合模理论可以确定。具体的，在本实施例中，Gl = 0.1 μ m ?0.25 μ m，W4 为 200nm ?500nm，L5 为 O μ m ?50 μ m。
[0121]主要耦合区的直通波导104和弯曲波导103的形状都是直条状的，只要两者的宽度满足相位匹配条件，直通波导104的模式就会转换为旁边直条状的弯曲波导103中的模式。
[0122]C)图1中虚线FF’和虚线GG’之间的去耦合过渡区。
[0123]在图1中虚线GG’处，即所述定向耦合波导的末端，所述直通波导104的宽度为W6，且小于W3，所述弯曲波导的宽度为W5，且大于W4，所述直通波导104和弯曲波导103之间的距离为G2，且大于G1。
[0124]在去耦合过渡区，直通波导104的宽度由W3线性减小到W6。而弯曲波导103的宽度通过一段S形的弯曲波导或者其他类型的弯曲波导由W4增加到W5，弯曲波导的偏移量需要保证图1中虚线GG’处的直通波导104和弯曲波导103之间的间距为G2。本实施例中，G2 = I μπι?2 μm，可以保证虚线GG’处的直通波导104和弯曲波导103之间模式已经不再耦合，但是G2也不宜过大，不然器件会变长。在去耦合过渡区的长度L6主要由G2来决定，G2越大，L6就越大。本实施例中，去耦合过渡区的长度L6为1ym?30 μπι。
[0125]具体的，对应图1所示，图1中虚线DD’到虚线GG’之间的所述定向耦合波导对于虚线DD ’所在截面输入的TEO模式，能够保持在虚线GG’所在截面输出TEO模式不变；对于输入TEl模式，可将其耦合到相邻的弯曲波导103中，并转化为弯曲波导103中的TEO模式在虚线GG’所在截面输出。
[0126]去耦合过渡区作为主要耦合区和两个输出端口之间的过渡区，通过将直通波导104和弯曲波导103的间距缓慢变大，减少它们之间的模式耦合，达到最终在输出端口去耦合的目的。
[0127]继续参考图1，结合图7，本实施例中，所述直通波导104和所述弯曲波导103还分别连接有直条状的单模输出波导。具体参考图1中虚线GG’到虚线HH’之间的单模输出波
Q
寸ο
[0128]对于从输入波导输入的TEO模式，将从直通输出波导中输出，依然保持TEO模式不变；而对于从输入波导输入的TMO模式，将从上方的相邻输出波导以TEO模式输出。直通输出波导宽度W6和相邻波导宽度W5都在350nm?650nm之间取值，来保证单模传输。输出波导长度为L7，没有限制。
[0129]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。
[0130]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、双刻蚀波导和定向耦合波导； 所述双刻蚀波导，包括一端与所述单模输入波导的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；所述定向耦合波导，包括相互分离的直通波导和弯曲波导，所述直通波导连接所述第一刻蚀区的尾端，所述弯曲波导位于所述直通波导一侧。
2.根据权利要求1所述的偏振分束旋转器，其特征在于: 所述双刻蚀波导包括顺次连接的第一双刻蚀波导和第二双刻蚀波导，所述第一双刻蚀波导中的第一刻蚀区还与所述单模输入波导相连接，所述第二双刻蚀波导中的第一刻蚀区还与所述定向耦合波导相连接； 其中，所述第一刻蚀区的宽度线性递增； 所述第一双刻蚀波导中的所述第二刻蚀区的宽度线性递增，所述第二双刻蚀波导中的所述第二刻蚀区宽度线性递增。
3.根据权利要求2所述的偏振分束旋转器，其特征在于:所述单模输入波导的宽度为350nm ?650nm，高度为 200nm ?500nm。
4.根据权利要求3所述的偏振分束旋转器，其特征在于，包括: 所述第二刻蚀区的波导高度为50nm?150nm ； 在与所述单模输入波导相连的一端，所述第一刻蚀区的宽度与所述单模输入波导的宽度相同，所述第二刻蚀区的宽度为Onm?50nm ； 在所述第一双刻蚀波导和第二双刻蚀波导交界处，所述第一刻蚀区的宽度比所述单模输入波导的宽度大50nm?200nm，所述第二刻蚀区的宽度为200n m?100nm ； 在与所述定向耦合波导相连的一端，所述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500nm，所述第二刻蚀区的宽度为Onm ?50nmo
5.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。
6.根据权利要求1所述的偏振分束旋转器，其特征在于:所述定向耦合波导依次包括:耦合过渡区、主要耦合区和去耦合过渡区；其中， 在所述耦合过渡区和所述主要耦合区，所述直通波导为直条状；在所述耦合过渡区，所述弯曲波导为逐渐靠近所述直通波导的圆弧状；在所述主要耦合区，所述弯曲波导为与所述直通波导平行的直条状； 在所述去耦合过渡区，所述直通波导为宽度逐渐变窄的锥形状；所述弯曲波导为宽度渐增，且逐渐远离所述直通波导的弯曲状。
7.根据权利要求6所述的偏振分束旋转器，其特征在于:在所述耦合过渡区，所述弯曲波导为半径为5 μπι?50 μm的圆弧状；在所述去耦合过渡区，所述弯曲波导为S状。
8.根据权利要求6所述的偏振分束旋转器，其特征在于，包括: 在所述耦合过渡区和所述主要耦合区，所述直通波导的宽度与所述第一刻蚀区的尾端的宽度一致，所述弯曲波导的宽度为200nm?500nm，所述直通波导和所述弯曲波导的距离为 0.1 μ m ?0.25 μ m ; 在所述去耦合过渡区的尾端，所述直通波导的宽度为350nm?650nm，所述弯曲波导的宽度为350nm?650nm，所述直通波导和所述弯曲波导的距离为I μπι?2 μmD
9.根据权利要求6至8中任一项所述的偏振分束旋转器，其特征在于:所述耦合过渡区的长度为O μπι?50 μm，所述主要親合区的长度为O μπι?50 μm，所述去親合过渡区的长度为10 μ m?30 μ m。
10.根据权利要求6所述的偏振分束旋转器，其特征在于:在所述去耦合过渡区的尾端，所述直通波导和所述弯曲波导还分别连接有直条状的单模输出波导。
【专利摘要】本实用新型提供一种偏振分束旋转器，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、双刻蚀波导和定向耦合波导；所述双刻蚀波导，包括一端与所述单模输入波导的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；所述定向耦合波导，包括相互分离的直通波导和弯曲波导，所述直通波导连接所述第一刻蚀区的尾端，所述弯曲波导位于所述直通波导一侧。本实用新型提供的偏振分束旋转器分别利用这两个结构的宽带和尺寸小的特点，可以解决传统偏振分束旋转器件不能同时满足宽带特性和尺寸小的缺点。
【IPC分类】G02B6-126
【公开号】CN204536588
【申请号】CN201520043216
【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8月5日
【申请日】2015年1月21日