一种光偏振旋转器制造技术

本发明专利技术提供了一种光偏振旋转器，该光偏振旋转器的长度方向上的两端分别为光输入端和光输出端，且所述光偏振旋转器上的光输入端与光输出端之间的部分为偏振旋转区域；所述偏振旋转区域为横截面呈凹字型的凹字型沟道波导。本偏振旋转器可以在0.725μm×6.46μm的超小尺寸下实现偏振旋转。而且此光偏振旋转器对加工工艺要求低，结构中需加工的最小线宽可以≥200nm，因此采用目前已经普及商用的中低端0.18μm微纳加工工艺即可完成批量加工生产，从而具有低成本的特点，在集成光电子领域具有很高的应用价值。

Optical polarization rotator

The present invention provides an optical polarization rotator, both ends of the length direction of the light polarization rotator on respectively light input and a light output, and between the light input end and the light output end of the optical polarization rotator on the part of the polarization rotation region; the polarization rotation region is of concave shape the concave channel waveguide cross section. The polarization rotator can realize polarization rotation at ultra small sizes of 0.725 m * 6.46 M. And the light polarization rotator on the processing requirement is low, the minimum line width processing structure can be more than 200nm, so the current has been popularized in the low-end commercial 0.18 m micro nano machining can be completed batch production, which has the characteristics of low cost, and has high application value in the field of integrated optical electronics.

【技术实现步骤摘要】
一种光偏振旋转器
本专利技术涉及集成光电子器件领域，具体涉及一种光偏振旋转器。
技术介绍
偏振是光的固有属性，在集成光波导中光具有横电模(TE)和横磁模(TM)两种偏振态。偏振旋转器(PolarizationRotator)即用于在两种偏振态的基模之间(TE0与TM0)进行模式转换。但集成光波导属平面波导，其本身的保偏特性非常好，要改变平面波导中模式的光轴非常困难，因而集成偏振旋转器也是近几年世界集成光电子领域的研究热点和难点。目前，领域内已有多种结构方案，这些方案都能实现偏振旋转功能，但由于加工工艺问题都难以实用。侧壁倾斜型波导结构需要特殊光刻工艺；局部浅刻蚀型波导特征尺寸为70nm甚至更小；宽度渐变型非对称波导大多数都需要额外的包层处理来实现波导厚度方向的非对称性，而且这种方案会使得器件长度达到百微米甚至更长；方向耦合器型方案则对工艺误差非常敏感；混合表面等离子体波导需要特殊工艺处理且器件损耗较大。综上，领域内尚没有可利用商用集成光电子标准流片工艺加工的可靠偏振旋转器方案。因此，如何设计一种不影响偏振旋转精度且对加工工艺要求低的光偏振旋转器，是亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种光偏振旋转器，该光偏振旋转器通过新型结构的设置降低了加工工艺的难度及成本，并提高了其实现光偏振旋转的精度，实现了对偏振旋转器的快速且可靠的批量加工生产，并在批量加工生产的同时，保证了其光偏振旋转的精确性。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种光偏振旋转器，所述光偏振旋转器的长度方向上的两端分别为光输入端和光输出端，且所述光偏振旋转器上的光输入端与光输出端之间的部分为偏振旋转区域；所述偏振旋转区域为横截面呈凹字型的凹字型沟道波导。进一步的，所述光输入端为输入用条形波导，且该输入用条形波导与所述凹字型沟道波导的一端导通连接。进一步的，所述输入用条形波导与所述凹字型沟道波导之间设有用于导通连接二者的波导模式转换器。进一步的，所述波导模式转换器为多模干涉型波导模式转换器；该多模干涉型波导模式转换器包括：多模波导区域、宽度渐变的凹字型沟道波导区域；其中，所述多模波导区域的一端用于连接输入波导，另一端连接所述宽度渐变的凹字型沟道波导区域的一个波导端面，所述宽度渐变的凹字型波导区域的另一波导端面用于连接偏振旋转区域；所述波导模式转换器用于连接波导旋转区域的端面横截面形状与所述偏振旋转区域的横截面形状相同。进一步的，所述光输出端包括两个输出用条形波导，且该两个输出用条形波导分别与所述凹字型沟道波导的远离光输入端的另一端导通连接。进一步的，光从光输出端输入并从光输入端输出。进一步的，所述输出用条形波导包括：相移区域，耦合区域，输出区域；使得经所述凹字型沟道波导输出至两个所述输出用条形波导的两束光，先经所述相移区域产生相位差，再经所述耦合区域发生相互耦合后，自所述输出用条形波导的输出端输出。进一步的，所述光偏振旋转器为电介质、半导体或有机物材料波导。进一步的，所述电介质为二氧化硅、二氧化钛或氧化镓。进一步的，所述半导体为硅、锗、氮化硅或三五族光电子化合物材料，且其中的所述三五族光电子化合物材料为磷化铟或氮化镓。由上述技术方案可知，本专利技术所述的一种光偏振旋转器，该光偏振旋转器的长度方向上的两端分别为光输入端和光输出端，且所述光偏振旋转器上的光输入端与光输出端之间的部分为偏振旋转区域；所述偏振旋转区域为横截面呈凹字型的凹字型沟道波导，且所述凹字型沟道波导与所述光输入端的长度方向相同；本专利技术能够在几个微米的尺寸内实现偏振旋转且对加工工艺要求低，结构中需加工的最小线宽可以≥200nm，因此采用目前已经普及商用的中低端0.18μm微纳加工工艺即可完成批量加工生产，从而具有低成本的特点，在集成光电子领域具有很高的应用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的一种光偏振旋转器的第一种具体实现方式的结构示意图。图2是本专利技术的一种光偏振旋转器的第二种具体实现方式的结构示意图。图3是本专利技术的波导模式转换器40的矩形过渡结构示意图。图4是本专利技术的波导模式转换器40的流线型过渡结构示意图。图5是本专利技术的波导模式转换器40的直线过渡结构示意图。图6是本专利技术的光输出端30连接一个输出用条形波导31的结构示意图。图7是本专利技术的光输出端30连接两条输出用条形波导31的结构示意图。图8是本专利技术的两个输出用条形波导31的一种具体实现方式的结构示意图。图9是本专利技术的应用实例中的凹字型沟道波导20的结构示意图。图10是本专利技术的应用实例中的凹字型沟道波导的本征模分析示意图。图11是本专利技术的应用实例中的输入用条形波导11的结构示意图。图12是本专利技术的应用实例中的波导模式转换器40的结构示意图。图13是本专利技术的应用实例中的举例一中的偏振旋转器光场分布图。图14是本专利技术的应用实例中的举例二中的偏振旋转器光场分布图。其中，10-光输入端；11-输入用条形波导；20-凹字型沟道波导；30-光输出端；31-输出用条形波导；311-相移区域；312-输出区域；313-耦合区域；40-波导模式转换器。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的实施例一公开了一种光偏振旋转器的第一种具体实现方式，参见图1，该光偏振旋转器具体包括如下内容：所述光偏振旋转器的长度方向上的两端分别为光输入端10和光输出端30，且所述光偏振旋转器上的光输入端10与光输出端30之间的部分为偏振旋转区域。在上述描述中，光偏振旋转器的总体结构为一种沿长度方向延伸的结构，且该结构中起到偏振旋转作用的部分为位于光输入端10与光输出端30之间的偏振旋转区域，根据实际应用情况，所述光偏振旋转器用于在两种偏振态的基模(TE0与TM0)之间进行模式转换，光线从光输入端10进入所述偏振旋转区域，经偏振旋转后，经光输出端30输出；另外，所述光偏振旋转器为电介质、半导体或有机物材料波导；所述电介质为二氧化硅、二氧化钛或氧化镓；所述半导体为硅、锗、氮化硅或三五族光电子化合物材料，且其中的所述三五族光电子化合物材料为磷化铟或氮化镓。所述偏振旋转区域为横截面呈凹字型的凹字型沟道波导20。在上述描述中，凹字型沟道波导20由条形波导11中间浅刻蚀去除一部分波导材料构成，去除部分的深度小于波导总厚度。进一步的，所述的光偏振旋转器的整个结构中，在加工时所需加工的最小线宽可以≥200nm，使得其采用目前已经普及商用的中低端的0.18μm微纳米加工工艺即可完成批量加工生产，同时该偏振旋转器可以在0.725μm×6.46μm的超小尺寸下实现偏振旋转。从上述描述可知，本专利技术的实施例提供了一种具有新型结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光偏振旋转器，其特征在于，所述光偏振旋转器的长度方向上的两端分别为光输入端和光输出端，且所述光偏振旋转器上的光输入端与光输出端之间的部分为偏振旋转区域；所述偏振旋转区域为横截面呈凹字型的凹字型沟道波导。

【技术特征摘要】
1.一种光偏振旋转器，其特征在于，所述光偏振旋转器的长度方向上的两端分别为光输入端和光输出端，且所述光偏振旋转器上的光输入端与光输出端之间的部分为偏振旋转区域；所述偏振旋转区域为横截面呈凹字型的凹字型沟道波导。2.根据权利要求1所述的光偏振旋转器，其特征在于，所述光输入端为输入用条形波导，且该输入用条形波导与所述凹字型沟道波导的一端导通连接。3.根据权利要求2所述的光偏振旋转器，其特征在于，所述输入用条形波导与所述凹字型沟道波导之间设有用于导通连接二者的波导模式转换器。4.根据权利要求3所述的光偏振旋转器，其特征在于，所述波导模式转换器为多模干涉型波导模式转换器；该多模干涉型波导模式转换器包括：多模波导区域、宽度渐变的凹字型沟道波导区域；其中，所述多模波导区域的一端用于连接输入波导，另一端连接所述宽度渐变的凹字型沟道波导区域的一个波导端面，所述宽度渐变的凹字型波导区域的另一波导端面用于连接偏振旋转区域；所述波导模式转换器用于连接波导旋转区域的端面横截面形状与所述偏振旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：周治平，邓清中，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11