專利名稱：波導型偏振模式分離器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及偏振模式分離的波導型器件，特別是指一種波導型偏振模式分離器。本發(fā)明具體涉及利用1×2光學分束器獲得具有相同位相和相同強度的兩路光信號，利用頂層覆蓋有金屬的波導結(jié)構(gòu)對橫電場(TE)模式和橫磁場(TM)模式有效折射率的不同影響使兩路光信號中不同的偏振模式獲得不同的相對位相差，并利用具有π/2位相差和3π/2位相差的兩束強度相同的輸入光信號經(jīng)過3dB耦合器后將從不同的輸出端口輸出的特性，從而實現(xiàn)不同偏振模式分離的波導型偏振模式分離器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種波導型偏振模式分離器的結(jié)構(gòu)，其可很好地解決相干光通信系統(tǒng)中偏振狀態(tài)隨機起伏的問題另外，通過這種方式將不同偏振狀態(tài)的光信號分別加以處理，對于目前光通信系統(tǒng)中很多偏振靈敏的光波導器件(如陣列波導光柵等)也有重要的意義。
本發(fā)明一種波導型偏振模式分離器，其特征在于，其中包括一個1×2光學分束器；一個3dB耦合器；一由兩條波導構(gòu)成的位相調(diào)制區(qū)；該位相調(diào)制區(qū)位于1×2光學分束器和3dB耦合器之間，其首端與1×2光學分束器的尾端相連，其尾端與3dB耦合器的首端相連。
其中1×2光學分束器采用的結(jié)構(gòu)有Y分支結(jié)構(gòu)、多模干涉型結(jié)構(gòu)，1×2光學分束器的基本功能是將一束光分為強度相等、位相相同的兩束光。
其中位相調(diào)制區(qū)由兩條波導構(gòu)成，其中一條波導的頂層覆蓋有一層金屬，另外一條波導的頂層沒有金屬覆蓋層，這兩條波導的長度是不一致的，其中頂層沒有金屬覆蓋層的波導的長度更長，使得TE偏振模式和TM偏振模式通過位相調(diào)制區(qū)后受到相同的能量衰減，或者說使他們通過位相調(diào)制區(qū)后具有相同的能量，并且使他們滿足以下位相關系ITEn=ITEm,ITMn=ITMm]]> 其中ITEn和ITMn分別是頂層沒有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振和TM偏振光的光信號的能量，ITEm和ITMm分別是頂層有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振和TM偏振光的光信號的能量，ΔTE為兩邊TE偏振模式的不同位相差，k0為真空中的波數(shù)，NTEn和Ln為頂層沒有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振模式的有效折射率和長度，NTEm和Lm為頂層有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振模式的的有效折射率和長度。ΔTM為兩邊TM偏振模式的不同位相差，NTMn為頂層沒有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振模式的有效折射率，NTEm為頂層有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振模式的的有效折射率。
其中3dB耦合器可以采用定向耦合器的結(jié)構(gòu)，也可以采用多模干涉型的結(jié)構(gòu)，3dB耦合器的基本功能是實現(xiàn)將從兩個輸入端口輸入的具有π/2位相差、并具有相同強度的光信號從其兩個輸出端口的其中一個輸出，而將從兩個輸入端口輸入的具有3π/2位相差、并具有相同強度的光信號從其兩個輸出端口的另外一個端口輸出。
其中該偏振模式分離器在橫截面方向可以采用矩形波導結(jié)構(gòu)和脊形波導結(jié)構(gòu)。
圖2是矩形波導的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是頂層有金屬覆蓋層的矩形波導的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是脊形波導的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是頂層有金屬覆蓋層的脊形波導的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明旨在提供一種波導型偏振模式分離器的結(jié)構(gòu)，該模式分離器包括一個1×2光學分束器101、由兩條波導構(gòu)成的位相調(diào)制區(qū)102、一個3dB耦合器103共三個部分。位相調(diào)制區(qū)102位于1×2光學分束器101和3dB耦合器103之間，其首端與1×2光學分束器101的尾端相連，其尾端與3dB耦合器103的首端相連。下面結(jié)合

圖1對這三個部分分別加以說明1、1×2光學分束器1011×2光學分束器101的基本功能是將一束光分為強度相等、位相相同的兩束。該部分可以采用的結(jié)構(gòu)有Y分支結(jié)構(gòu)、多模干涉型結(jié)構(gòu)，Y分支結(jié)構(gòu)的外形類似于‘Y’字形，一端為輸入，另外兩端為輸出，兩輸出端相對于沿輸入端的中心軸對稱，這樣從輸入端輸入的光信號就能夠分為強度相同并具有相同位相的兩束沿兩個輸出端口輸出。多模干涉型結(jié)構(gòu)利用的是多模波導中的自映象原理，所謂自映象原理，就是指輸入光場的一個或者多個映象在多模波導中周期性出現(xiàn)的現(xiàn)象，如果采用中心對稱的結(jié)構(gòu)，就能得到不僅強度相同，而且位相也一樣的兩個自映象，從而實現(xiàn)等比例、同相位分束的功能。
2、位相調(diào)制區(qū)102位相調(diào)制區(qū)102由兩條波導構(gòu)成，其中一條波導的頂層覆蓋有一層金屬，另外一條波導的頂層沒有金屬覆蓋層301，這兩條波導的長度是不一致的，其中頂層沒有金屬覆蓋層301的波導(對應于輸入端口1)的長度更長，由于兩條波導的始端和尾端在光學傳播方向上的坐標位置是一致的，所以這就意味著頂層沒有金屬覆蓋層301的波導更彎曲，所以其受到的彎曲損耗就更大。對于頂層有金屬覆蓋層301的結(jié)構(gòu)(對應于輸入端口2)，由于金屬介質(zhì)具有很大的折射率虛部，所以光信號在這種媒質(zhì)中傳播時受到很大的損耗，由于兩邊所采用的結(jié)構(gòu)都能實現(xiàn)對兩種偏振模式的光信號能量的衰減，所以通過合理設計就能使兩邊傳輸?shù)墓庑盘柕哪芰揩@得同等程度的衰減，即使得兩邊的光信號能量滿足以下關系ITEn=ITEm,ITMn=ITMm]]>其中ITEn和ITMn分別是頂層沒有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振光和TM偏振光的光信號的能量，ITEm和ITMm分別是頂層有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振光和TM偏振光的光信號的能量。此外，頂層有金屬覆蓋層301的結(jié)構(gòu)相對于頂層沒有金屬覆蓋層301的結(jié)構(gòu)，TE偏振模式和TM偏振模式的有效折射率都將受到衰減，而且TM偏振模式比TE偏振模式的有效折射率衰減的更多，這樣，我們就可以利用金屬覆蓋層301對TE偏振模式和TM偏振模式有效折射率的不同影響來實現(xiàn)對其中傳輸?shù)腡E偏振模式和TM偏振模式的不同位相調(diào)制。通過合理設計，使得TE偏振光和TM偏振光這兩種光場模式獲得的位相差滿足以下關系 其中ΔTE為兩邊TE偏振模式的不同位相差，k0為真空中的波數(shù)，NTEn和Ln為頂層沒有金屬覆蓋層301的一邊中的TE偏振模式的有效折射率和長度，NTEm和Lm為頂層有金屬覆蓋層301的一邊中的TE偏振模式的有效折射率和長度。ΔTM為兩邊TM偏振模式的不同位相差，NTMn為頂層沒有金屬覆蓋層301的一邊中的TM偏振模式的有效折射率，NTMm為頂層有金屬覆蓋層301的一邊中的TM偏振模式的有效折射率。
3、3dB耦合器1033dB耦合器103可以是定向耦合器結(jié)構(gòu)，也可以是多模干涉型結(jié)構(gòu)。其基本功能是實現(xiàn)將從兩個輸入端口輸入的光信號從兩個輸出端口中輸出，當從輸入端口1進來的光信號相對于從輸入端口2輸入的光信號的位相差為π/2，那么光信號將從輸出端口1輸出，如果從輸入端口1進來的光信號相對于從輸入端口2輸入的光信號的位相差為3π/2，那么光信號將從輸出端口2輸出。從相位調(diào)制區(qū)出來的兩束位相差為π/2的TE偏振光就從輸出端口1輸出，從相位調(diào)制區(qū)出來的兩束位相差為3π/2的TM偏振光就從輸出端口2輸出。這樣我們就實現(xiàn)了將兩種不同偏振的模式從兩個不同的端口輸出，完成了不同偏振模式的分離功能。
上面介紹了波導型偏振模式分離器的平面結(jié)構(gòu)，在橫截面方向，偏振模式分離器可以采用矩形波導結(jié)構(gòu)和脊形波導結(jié)構(gòu)。無論是矩形波導結(jié)構(gòu)還是脊形波導結(jié)構(gòu)，都是在一襯底層201上有一下包層202，中間是波導芯區(qū)203，在波導芯區(qū)203之上是上包層204。
本發(fā)明利用1×2光學分束器獲得具有相同位相和強度的兩路光信號，利用頂層覆蓋金屬的波導結(jié)構(gòu)對TE和TM兩種偏振模式有效折射率的不同影響，并利用3dB耦合器的工作特性來實現(xiàn)不同偏振模式的分離，使得從光纖來的兩個不同偏振狀態(tài)的光信號沿著不同的傳播路徑被光接收機所接收并分別加以處理，通過這種方式就能很好地解決相干光通信系統(tǒng)中偏振狀態(tài)隨機起伏的問題。另外，通過這種方式將不同偏振狀態(tài)的光信號分別加以處理，對于目前光通信系統(tǒng)中很多偏振靈敏的光波導器件(如陣列波導光柵等)也是有重要意義的。
權(quán)利要求
1.一種波導型偏振模式分離器，其特征在于，其中包括一個1×2光學分束器；一個3dB耦合器；一由兩條波導構(gòu)成的位相調(diào)制區(qū)；該位相調(diào)制區(qū)位于1×2光學分束器和3dB耦合器之間，其首端與1×2光學分束器的尾端相連，其尾端與3dB耦合器的首端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導型偏振模式分離器，其特征在于，其中1×2光學分束器采用的結(jié)構(gòu)有Y分支結(jié)構(gòu)、多模干涉型結(jié)構(gòu)，1×2光學分束器的基本功能是將一束光分為強度相等、位相相同的兩束光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導型偏振模式分離器，其特征在于，其中位相調(diào)制區(qū)由兩條波導構(gòu)成，其中一條波導的頂層覆蓋有一層金屬，另外一條波導的頂層沒有金屬覆蓋層，這兩條波導的長度是不一致的，其中頂層沒有金屬覆蓋層的波導的長度更長，使得TE偏振模式和TM偏振模式通過位相調(diào)制區(qū)后受到相同的能量衰減，或者說使他們通過位相調(diào)制區(qū)后具有相同的能量，并且使他們滿足以下位相關系ITEn=ITEm,ITMn=ITMm]]> 其中ITEn和ITMn分別是頂層沒有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振和TM偏振光的光信號的能量，ITEm和ITMm分別是頂層有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振和TM偏振光的光信號的能量，ΔTE為兩邊TE偏振模式的不同位相差，k0為真空中的波數(shù)，NTEn和Ln為頂層沒有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振模式的有效折射率和長度，NTEm和Lm為頂層有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振模式的的有效折射率和長度。ΔTM為兩邊TM偏振模式的不同位相差，NTMn為頂層沒有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振模式的有效折射率，NTEm為頂層有金屬覆蓋層的一邊中的TE偏振模式的的有效折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導型偏振模式分離器，其特征在于，其中3dB耦合器可以采用定向耦合器的結(jié)構(gòu)，也可以采用多模干涉型的結(jié)構(gòu)，3dB耦合器的基本功能是實現(xiàn)將從兩個輸入端口輸入的具有π/2位相差、并具有相同強度的光信號從其兩個輸出端口的其中一個輸出，而將從兩個輸入端口輸入的具有3π/2位相差、并具有相同強度的光信號從其兩個輸出端口的另外一個端口輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導型偏振模式分離器，其特征在于，其中該偏振模式分離器在橫截面方向可以采用矩形波導結(jié)構(gòu)和脊形波導結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明一種波導型偏振模式分離器，其中包括一個1×2光學分束器；一個3dB耦合器；一由兩條波導構(gòu)成的位相調(diào)制區(qū)；該位相調(diào)制區(qū)位于1×2光學分束器和3dB耦合器之間，其首端與1×2光學分束器的尾端相連，其尾端與3dB耦合器的首端相連。
文檔編號G02B6/27GK1441271SQ0210658
公開日2003年9月10日 申請日期2002年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月27日
發(fā)明者楊林, 劉育梁, 王啟明 申請人:中國科學院半導體研究所