【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成光学器件，尤其涉及一种基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器。
技术介绍
1、在光电子
，对光偏振的精确控制显得尤为重要。例如，通过精细调控光载波的偏振状态，可以实现偏振复用技术，从而显著提升通信系统的数据传输容量。由于大多数集成光子器件对偏振状态非常敏感，因此，为了确保这些器件能够发挥出最佳性能，必须对光偏振进行精确的调控。在这一背景下，偏振旋转分束器作为一种关键的无源器件，在集成光子领域中扮演着至关重要的角色。
2、偏振旋转分束器的工作原理基于模式演化理论。其核心在于通过精心设计模式演化器的结构，实现光模式从tm0模向te1模的转换。随后，利用特定的器件将te1模进一步转换为te0模，从而实现从tm0模到te0模的转换。然而，现有的偏振旋转分束器面临着一些挑战。这些设备中的模式演化器通常采用简单的线型结构，这导致了模式转换效率相对较低。为了实现模式的完全转换，往往需要较长的器件尺寸，从而带来了器件尺寸过长和转换效率低下的问题。这些问题不仅增加了制造成本，还限制了偏振旋转分束器在实际应用中的性能表现。因此，开发新型的偏振旋转分束器，以提高模式转换效率并缩短器件尺寸，成为了当前研究的重要课题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在尺寸大的问题，本专利技术提供了一种基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，利用模式演化作用、模式杂化现象，通过设计模式演化器的线型结构，提高模式演化效率，实现了输入光中tm0分量与te0分量的分离，并将tm0分
2、本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，包括衬底层和介质波导层；在所述衬底层和介质波导层之间设置有埋氧层，在所述介质波导层的上表面和两侧设置有上包层：沿着光波传输方向，在所述介质波导层内刻蚀有输入模斑转换器、模式演化器、定向耦合器和两个输出模斑转换器；在所述定向耦合器和第一输出模斑转换器之间刻蚀有弯曲波导。
4、优选地，采用脊形波导结构。
5、优选地，所述定向耦合器包括第一条直波导和第二条直波导，所述第一条直波导和第二输出模斑转换器连接，所述第二条直波导通过弯曲波导与第一输出模斑转换器连接。
6、优选地，所述介质波导层为光场限制层，其材质为硅、氮化硅、磷化铟、薄膜铌酸锂中的一种。
7、优选地，所述输入模斑转换器、第一输出模斑转换器、第二输出模斑转换器采用锥形渐变波导结构，所述锥形渐变波导的波导宽度依次增大。
8、优选地，所述模式演化器采用复杂线型渐变波导结构，所述复杂线型渐变波导结构的波导宽度以特定复杂函数逐渐由小增大，用于实现最小波导宽度端tm0模与最大波导宽度端te1模的相互转换，同时te0模保持不变；所述模斑转换器的最小波导宽度w0小于tm0模与te1模杂化的宽度，且支持te0与tm0模式传输，所述模式演化器最大波导宽度w3大于tm0模与te1模杂化的宽度。
9、优选地，所述特定复杂函数包括抛物线型、双曲线型、高阶线型、指数型中的一种。
10、优选地，所述第一条直波导宽度与模式演化器的最大波导宽度相等，第二条直波导宽度满足下面条件：第二条直波导的te0模有效折射率neffte0与第一条直波导的te1模有效折射率neffte1相等。
11、优选地，所述定向耦合器的第一条直波导宽度和第二条直波导长度相等，其长度满足条件：第一条直波导中的te1模能量经过该长度的传输后，能完全转移到第二条直波导中。
12、优选地，所述定向耦合器的第二直波导的宽度与弯曲波导宽度相等。
13、与现有技术相比，本申请具有的优点和积极效果是：
14、本专利技术公开的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其自下而上依次包括衬底层、埋氧层、介质波导层和上包层。衬底层的主要作用是对整个器件提供必要的支撑，确保其结构的稳定性和可靠性。埋氧层和上包层则分别位于介质波导层的下方和上方，它们的主要功能是保护介质波导层免受外界环境的影响，同时为光场提供一定的限制作用，确保光信号在介质波导层中有效传输。介质波导层是本专利技术的核心部分，其中包含多个关键组件，包括输入模斑转换器、模式演化器、定向耦合器、弯曲波导以及第一输出模斑转换器和第二输出模斑转换器。这些组件按照一定的顺序依次连接，形成一个完整的光传输路径。
15、输入模斑转换器的作用是将输入光信号的模斑转换为适合在介质波导层中传输的模式。模式演化器则负责在传输过程中对光信号的模式进行适当的演化和调整。定向耦合器用于实现光信号的分束或合束，根据具体的应用需求，可以将光信号分成不同的路径或合并来自不同路径的光信号。弯曲波导则用于改变光信号的传输方向，以适应器件内部的空间布局。第一输出模斑转换器和第二输出模斑转换器则分别用于将介质波导层中的光信号转换为适合外部设备接收的模斑。
16、本专利技术在集成光学衬底上实现了宽带集成的偏振旋转分束功能，这一功能对于实现偏振分复用技术具有重要意义。偏振分复用技术可以在同一传输介质中同时传输两路或多路偏振态不同的光信号，从而提高通信系统的传输容量。本专利技术具有尺寸小、光学带宽大、消光比大及易集成的优点，使其在光通信、光传感以及光计算等领域具有广泛的应用前景。通过本专利技术的实现，可以有效地减小器件的体积，提高系统的集成度，同时保证了高性能的光传输和处理能力。
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1.一种基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，包括衬底层(1)和介质波导层(3)；其特征在于，在所述衬底层(1)和介质波导层(3)之间设置有埋氧层(2)，在所述介质波导层(3)的上表面和两侧设置有上包层(4)：沿着光波传输方向，在所述介质波导层(3)内刻蚀有输入模斑转换器(5)、模式演化器(6)、定向耦合器(7)和两个输出模斑转换器；在所述定向耦合器(7)和第一输出模斑转换器(9)之间刻蚀有弯曲波导(8)。
2.根据权利要求1所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于，所述定向耦合器(7)包括第一条直波导(11)和第二条直波导(12)，所述第一条直波导(11)和第二输出模斑转换器(10)连接，所述第二条直波导(12)通过弯曲波导(8)与第一输出模斑转换器(9)连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于，所述介质波导层(3)为光场限制层，其材质为硅、氮化硅、磷化铟、薄膜铌酸锂中的一种。
4.根据权利要求2所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于，所
5.根据权利要求2所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于，所述模式演化器(6)采用复杂线型渐变波导结构，所述复杂线型渐变波导结构的波导宽度以特定复杂函数逐渐由小增大，用于实现最小波导宽度端TM0模与最大波导宽度端TE1模的相互转换，同时TE0模保持不变；所述模斑转换器(6)的最小波导宽度w0小于TM0模与TE1模杂化的宽度，且支持TE0与TM0模式传输，所述模式演化器最大波导宽度w3大于TM0模与TE1模杂化的宽度。
6.根据权利要求5所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于，所述特定复杂函数包括抛物线型、双曲线型、高阶线型、指数型中的一种。
7.根据权利要求2所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于，所述第一条直波导(11)宽度与模式演化器(6)的最大波导宽度相等，第二条直波导(12)宽度满足下面条件：第二条直波导的TE0模有效折射率NeffTE0与第一条直波导的TE1模有效折射率NeffTE1相等。
8.根据权利要求2所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于，所述第一条直波导(11)宽度和第二条直波导(12)长度相等，长度满足条件：第一条直波导中的TE1模能量经过该长度的传输后，能完全转移到第二条直波导中。
9.根据权利要求2所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于，所述第二直波导(12)的宽度与弯曲波导(8)宽度相等。
...【技术特征摘要】
1.一种基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，包括衬底层(1)和介质波导层(3)；其特征在于，在所述衬底层(1)和介质波导层(3)之间设置有埋氧层(2)，在所述介质波导层(3)的上表面和两侧设置有上包层(4)：沿着光波传输方向，在所述介质波导层(3)内刻蚀有输入模斑转换器(5)、模式演化器(6)、定向耦合器(7)和两个输出模斑转换器；在所述定向耦合器(7)和第一输出模斑转换器(9)之间刻蚀有弯曲波导(8)。
2.根据权利要求1所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于，所述定向耦合器(7)包括第一条直波导(11)和第二条直波导(12)，所述第一条直波导(11)和第二输出模斑转换器(10)连接，所述第二条直波导(12)通过弯曲波导(8)与第一输出模斑转换器(9)连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于，所述介质波导层(3)为光场限制层，其材质为硅、氮化硅、磷化铟、薄膜铌酸锂中的一种。
4.根据权利要求2所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于，所述输入模斑转换器(5)、第一输出模斑转换器(9)、第二输出模斑转换器(10)采用锥形渐变波导结构，所述锥形渐变波导的波导宽度依次增大。
5.根据权利要求2所述的基于复杂线型渐变结构的宽带集成偏振旋转分束器，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：曲迪，
申请(专利权)人：天津华慧芯科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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