一種功分器、波分器和偏振分束器及其設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種功分器、波分器和偏振分束器及其設(shè) 計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光功分器是連接光線路終端和光網(wǎng)絡(luò)單元的核心器件之一，也是構(gòu)成其他光器件 的重要組成部分。一直以來，由于集成光波導(dǎo)一次成型工藝的限制，難以讓集成光功分器 實現(xiàn)光功率分配可調(diào)的功能，這制約了架設(shè)光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中按照不同鏈路損耗，靈活分配光 功率的實現(xiàn)。目前，有兩種技術(shù)途徑可以獲得實際可調(diào)的光功分器：一種是γ型光纖熔融 拉錐型光功率可調(diào)耦合器，通過將兩根裸光纖靠在一起，在高溫火焰中加熱使之熔化，同時 在光纖兩端拉伸光纖，使光纖熔融區(qū)成為錐形過渡段，從而構(gòu)成耦合器，這種方法在工藝上 易于實現(xiàn)，但由于器件尺寸大，且易受應(yīng)力等環(huán)境因素影響，不能夠提供穩(wěn)定的光功率分配 比；另一種是利用電光或是熱光效應(yīng)，通過在波導(dǎo)旁附加電極或熱電極，以改變其中一分支 波導(dǎo)的折射率的方式來實現(xiàn)可調(diào)的光能量分配，但由于制作電極對于工藝要求較高，同時 很大程度上增加了設(shè)備的成本。
[0003] 此外，目前的波分器一般為基于MMI效應(yīng)Y分支波導(dǎo)的波分器結(jié)構(gòu)，，目前的偏振 分束器是雙折射棱鏡行偏振分束器，是由兩個雙折射材料制成的棱鏡粘合在一起構(gòu)成的， 但現(xiàn)有的這兩種結(jié)構(gòu)的缺點體積大，不利于集成；目前基于光子晶體波導(dǎo)的光功分器已經(jīng) 報道的有Y分支型光功分器、定向耦合器等結(jié)構(gòu)，但均不能實現(xiàn)可調(diào)諧功率分配，限制了它 的實際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種功分器、波分器和偏振分束器及其設(shè) 計方法，通過調(diào)制混合入射波的相位來實現(xiàn)對所述混合入射波的功率進行任意比分配、對 所述不同波長的混合入射波進行波分、或，對所述TE和TM混合入射波進行偏振態(tài)分離。
[0005] 第一方面，本發(fā)明提供一種功分器、波分器和偏振分束器的設(shè)計方法，包括：
[0006] 獲取二維光柵塊的周期和占空比；
[0007] 通過調(diào)整所述二維光柵塊的周期和占空比，對入射波進行分配。
[0008] 可選的，所述對入射波進行分配包括：對所述入射波的功率進行任意比分配、對不 同波長的所述混合入射波按照波長的不同進行波分、或，對所述TE和TM混合入射波進行偏 振態(tài)的分離。
[0009] 可選的，對所述入射波的功率進行任意比分配，包括：
[0010] 根據(jù)預(yù)設(shè)透射波的匯聚點與所述二維光柵塊的距離，以及預(yù)設(shè)所述透射波的功分 比，通過調(diào)節(jié)所述二維光柵塊的周期和占空比，對所述TE和TM混合入射波的功率進行任意 比分配。
[0011] 可選的，所述根據(jù)預(yù)設(shè)透射波的匯聚點與所述二維光柵塊的距離，以及預(yù)設(shè)所述 透射波的功分比，通過調(diào)節(jié)所述二維光柵塊的周期和占空比，對所述入射波的功率進行任 意比分配，包括：
[0012] 根據(jù)預(yù)設(shè)透射波的匯聚點與所述二維光柵塊的距離，以及預(yù)設(shè)所述透射波的功分 比，獲取所述二維光柵塊的相位調(diào)制關(guān)系；
[0013] 根據(jù)RCWA算法，獲取所述二維光柵塊在不同周期和不同占空比下的相位值；
[0014] 根據(jù)所述二維光柵塊的相位調(diào)制關(guān)系，獲取所述透射波滿足預(yù)設(shè)匯聚點與所述二 維光柵塊的距離，以及預(yù)設(shè)所述透射波的功分比時的周期和占空比，并通過調(diào)節(jié)所述二維 光柵塊的周期和占空比，對所述入射波的功率進行分配；
[0015] 其中，所述二維光柵塊的橫縱周期相同。
[0016] 可選的，所述對不同波長的所述混合入射波按照波長的不同進行波分，包括：
[0017] 根據(jù)預(yù)設(shè)透射波的匯聚點與所述二維光柵塊的距離，以及預(yù)設(shè)所述入射波的不同 波長值，通過調(diào)節(jié)所述二維光柵塊的周期和占空比，對所述不同波長的混合入射波按照波 長值的不同進行波分。
[0018] 可選的，所述根據(jù)預(yù)設(shè)透射波的匯聚點與所述二維光柵塊的距離，以及預(yù)設(shè)所述 入射波的不同波長值，通過調(diào)節(jié)所述二維光柵塊的周期和占空比，對所述不同波長的混合 入射波按照波長值的不同進行波分，包括：
[0019] 根據(jù)預(yù)設(shè)透射波的匯聚點與所述二維光柵塊的距離，以及預(yù)設(shè)入射波的不同波長 值，獲取所述二維光柵塊的相位調(diào)制關(guān)系；
[0020] 根據(jù)RCWA算法，獲取所述二維光柵塊在不同周期和不同占空比下的相位值；
[0021] 根據(jù)所述二維光柵塊的相位調(diào)制關(guān)系，獲取所述透射波滿足預(yù)設(shè)匯聚點與所述二 維光柵塊的距離，以及預(yù)設(shè)所述入射波的波長分配時的周期和占空比，并通過調(diào)節(jié)所述二 維光柵塊的周期和占空比，對所述不同波長的混合入射波按照波長的不同進行波分。
[0022] 可選的，所述對所述TE和TM混合入射波進行偏振態(tài)的分離，包括：
[0023] 根據(jù)預(yù)設(shè)TE和TM透射波的匯聚點與所述二維光柵塊的距離，通過調(diào)節(jié)所述二維 光柵塊的周期和占空比，將所述TE和TM混合入射波分離成TE透射波匯聚為一匯聚點，TM 透射波匯聚為另一匯聚點。
[0024] 可選的，所述根據(jù)預(yù)設(shè)TE和TM透射波的匯聚點與所述二維光柵塊的距離，通過調(diào) 節(jié)所述二維光柵塊的周期和占空比，將所述TE和TM混合入射波分離為TE透射波匯聚為一 匯聚點，TM透射波匯聚為另一匯聚點，包括：
[0025] 根據(jù)預(yù)設(shè)TE透射波的匯聚點與所述二維光柵塊的距離和TM透射波的匯聚點與所 述二維光柵塊的距離，獲取所述二維光柵塊的相位調(diào)制關(guān)系；
[0026] 根據(jù)RCWA算法，獲取所述二維光柵塊在不同周期和不同占空比下的相位值；
[0027] 根據(jù)所述二維光柵塊的相位調(diào)制關(guān)系，獲取滿足所述TE透射波的匯聚點與所述 二維光柵塊的距離和TM透射波的匯聚點與所述二維光柵塊的距離時的周期和占空比，并 通過調(diào)節(jié)所述二維光柵塊的周期和占空比，對所述TE和TM混合入射波進行偏振態(tài)分離。
[0028] 可選的，所述二維光柵塊的橫縱周期相同，或所述二維光柵塊的橫縱周期不相同。
[0029] 第二方面，本發(fā)明還提供了一種功分器、波分器和偏振分束器，包括：
[0030] 功分器，用于對所述入射波的功率進行任意比分配；
[0031] 波分器，用于對不同波長的所述混合入射波按照波長的不同進行波分；
[0032] 偏振分束器，用于對所述TE和TM混合入射波進行偏振態(tài)的分離。
[0033] 由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的一種功分器、波分器和偏振分束器及其設(shè)計 方法，該方法通過光波偏轉(zhuǎn)原理、一維條形光柵匯聚原理及二維陣列光柵塊匯聚原理，實現(xiàn) 了對所述混合入射波的功率進行任意比分配、對所述不同波長的混合入射波進行波分、或， 對所述TE和TM混合入射波進行偏振態(tài)的分離。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明一實施例提供的一種功分器、波分器和偏振分束器的設(shè)計方法的流 程不意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明一實施例提供的入射波透過光柵塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖3A至3B為本發(fā)明一實施例提供的亞波長光柵塊在不同的周期及占空比下對光 波透射率及相位的影響示意圖；
[0037] 圖4為本發(fā)明一實施例提供的相鄰光柵塊之間的位置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖5為本發(fā)明一實施例提供的一維條形亞波長光柵對TE/TM濾波的同時對TE/TM 光波的光功率（任意比）進行分配的示意圖；
[0039] 圖6為本發(fā)明實施例提供的二維陣列光柵塊對入射波的功率進行任意比分配的 示意圖；
[0040] 圖7為本發(fā)明實施例提供的二維陣列光柵塊對不同波長的混合入射波按照波長 的不同進行波分的示意圖；
[0041] 圖8為本發(fā)明實施例提供的二維陣列光柵塊對TE和TM混合入射波進行偏振態(tài)的 分離的示意圖；
[0042] 圖9為本發(fā)明一實施例提供的二維陣列光柵塊對入射波進行分配的示意圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖，對發(fā)明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清 楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0044] 本發(fā)明實施例主要是基于SOI (Semicon