【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光子集成，具体涉及一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器。
技术介绍
1、随着人工智能、大数据和光通信系统的发展，光纤传输容量成为制约数据带宽进一步增大的关键问题。受光学非线性效应的影响，单模光纤传输容量已接近理论极限(100tbit/s)，无法满足未来的应用需求，因此亟需扩大信道容量。多维复用技术是进一步增加单模光纤传输效率的有效手段，在光的多维复用技术中，偏振复用是用于增加信道数和极化的重要复用技术。
2、光的偏振是重要的物理参量之一，本质上影响了光与物质的相互作用，由于波导的二维光限制作用，光在介质边界的反射、折射均依赖于光的偏振，因此会产生准电横模(quasi-transverse electric mode，te mode)和准磁横模(quasi-transverse magneticmode,tm mode)两种不同的偏振模式。
3、偏振分束器(polarization beam splitter，pbs)是将光纤或者波导中的光分裂为两个正交的te模式和tm模式，并且这两种模式可以沿着不同的方向传播，以实现偏振复用或者在偏振敏感的器件中滤除不需要的偏振态。
4、目前对偏振分束器的研究都是在高折射率差平台上实现的。例如soi平台上，由于绝缘体上硅波导的包层和芯层之间存在着较高的折射率差，因此具有高偏振敏感性，不仅可以很好地对光场进行限制，还可以将不同偏振的输入光分开，从而实现极化处理。
5、二氧化硅材料的集成光学器件具有光损耗小，工艺容差大，与cmos工艺兼容和
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其是在二氧化硅平台上实现偏振分离，解决低折射率差平台很难偏振分离的技术问题。
2、本专利技术采用传统的三层平面光波导结构，这种结构在光通信领域和光器件应用中十分广泛。本专利技术所述的一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，从下至上依次由衬底21、下包层22、芯层波导23和上包层24组成，如附图1所示，下包层位于衬底之上，芯层波导和上包层共同位于下包层之上且芯层波导被上包层所包覆；所述的二氧化硅偏振分束器的下包层22和上包层24材料为二氧化硅，有效折射率均为1.4447；芯层波导23材料为掺锗二氧化硅，有效折射率为1.4741；芯层与包层的折射率差为2％；衬底21为硅片，折射率为3.455。芯层波导23由第一1×1mzi波导core1、中间直波导core2和第二1×1mzi波导core3构成，core1、core2、core3具有相同的高度，core1、core2、core3的底面位于同一平面内，且共同位于下包层22的上表面之上；从左至右沿光的传输方向，第一1×1mzi波导core1与第二1×1mzi波导core3为关于中间直波导core2的对称结构。
3、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
4、如附图2(a)为所述的二氧化硅偏振分束器中间位置在与输入光垂直的截面上均为矩形结构，各部分的高度相同为h＝4μm；
5、如附图2(b)为本专利技术所述的二氧化硅偏振分束器芯层波导的俯视图，第一1×1mzi波导core1从左至右，由第一输入直波导1、第一输入对称锥形波导2、第一输入非对称锥形波导3、第二输入非对称锥形波导4、第一中间直波导5、第二中间直波导6、第一输出非对称锥形波导7、第二输出非对称锥形波导8、第一输出对称锥形波导9、第一输出直波导10构成；第一输入对称锥形波导2具有一个输入端和二个输出端，第一输出对称锥形波导9具有二个输入端和一个输出端，第一输入对称锥形波导2的输入端和第一输入直波导1的输出端连接，第一输出对称锥形波导9的输出端和第一输出直波导10的输入端连接；第一输入非对称锥形波导3、第一中间直波导5和第一输出非对称锥形波导7顺次连接在第一输入对称锥形波导2的一个输出端和第一输出对称锥形波导9的一个输入端之间，第二输入非对称锥形波导4、第二中间直波导6和第二输出非对称锥形波导8顺次连接在第一输入对称锥形波导2的另一个输出端和第一输出对称锥形波导9的另一个输入端之间；第一输入直波导1、第一中间直波导5、第二中间直波导6、第一输出直波导10平行设置；第一输入非对称锥形波导3的上边缘、第一输出非对称锥形波导7的上边缘和第一中间直波导5的上边缘共线设置，第二输入非对称锥形波导4的下边缘、第二输出非对称锥形波导8的下边缘和第二中间直波导6的下边缘共线设置；
6、从左至右沿光的传输方向，第一输入直波导1和第一输出直波导10的宽度相同为w1＝4μm，长度相同为l1，l1的长度是任意的；第一输入对称锥形波导2的宽度由w1逐渐变宽为w2＝5.4μm，长度为l2＝300μm；第一输入非对称锥形波导3和第二输入非对称锥形波导4的宽度由w2/2＝2.7μm逐渐变窄为w3＝1.8μm，长度为l3＝116μm；第一输入非对称锥形波导3输入端下边缘和第二输入非对称锥形波导4输入端上边缘的间距为0，第一输入非对称锥形波导3输出端下边缘与第二输入非对称锥形波导4输出端上边缘的间距为w3；第一中间直波导5和第二中间直波导6的宽度相同为w3，长度为l4＝25801μm；第一中间直波导5下边缘与第二中间直波导6上边缘的间距为w3；第一输出非对称锥形波导7和第二输出非对称锥形波导8的宽度由w3逐渐变宽为w2/2，长度为l3＝116μm；第一输出非对称锥形波导7输入端下边缘和第二输出非对称锥形波导8输入端上边缘的间距为w3，第一输出非对称锥形波导7输出端下边缘和第二输出非对称锥形波导8输出端上边缘的间距为0；第一输出对称锥形波导9的宽度由w2逐渐变窄为w1，长度为l2＝300μm。
7、第二1×1mzi波导core3从左至右，由第二输入直波导11、第二输入对称锥形波导12、第三输入非对称锥形波导13、第四输入非对称锥形波导14、第三中间直波导15、第四中间直波导16、第三输出非对称锥形波导17、第四输出非对称锥形波导18、第二输出对称锥形波导19、第二输出直波导20构成；第二输入对称锥形波导12具有一个输入端和二个输出端，第二输出对称锥形波导19具有二个输入端和一个输出端，第二输入对称锥形波导12的输入端和第二输入直波导11的输出端连接，第二输出对称锥形波导19的输出端和第二输出直波导20的输入端连接；第三输入非对称锥形波导13、第三中间直波导15和第三输出非对称锥形波导17顺次连接在第二输入对称锥形波导12的一个输出端和第二输出对称锥形波导19的一个输入端之间，第四输入非对称锥形波导14、第四中间直波本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其特征在于：从下至上依次由衬底(21)、下包层(22)、芯层波导(23)和上包层(24)组成，芯层波导(23)和上包层(24)共同位于下包层(22)之上且芯层波导(23)被上包层(24)所包覆；芯层波导(23)由第一1×1MZI波导(Core1)、中间直波导(Core2)和第二1×1MZI波导(Core3)构成；从左至右沿光的传输方向，第一1×1MZI波导(Core1)与第二1×1MZI波导(Core3)为关于中间直波导(Core2)的对称结构；
2.如权利要求1所述的一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其特征在于：芯层波导(23)的高度相同为H＝4μm。
3.如权利要求1所述的一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其特征在于：从左至右沿光的传输方向，第一输入直波导(1)和第一输出直波导(10)的宽度相同为W1＝4μm，长度相同为L1；第一输入对称锥形波导(2)的宽度由W1逐渐变宽为W2＝5.4μm，长度为L2＝300μm；第一输入非对称锥形波导(3)和第二输入非对称锥形波导(4)的宽度由W2/2＝2.7μm逐渐变窄为
4.如权利要求1所述的一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其特征在于：从左至右沿光的传输方向，第二输入直波导(11)和第二输出直波导(20)的宽度相同为W1＝4μm，长度相同为L1；第二输入对称锥形波导(12)的宽度由W1逐渐变宽为W2＝5.4μm，长度为L2＝300μm；第三输入非对称锥形波导(13)和第四输入非对称锥形波导(14)的宽度由W2/2＝2.7μm逐渐变窄为W3＝1.8μm，长度为L3＝116μm；第三输入非对称锥形波导(13)输入端下边缘和第四输入非对称锥形波导(14)输入端上边缘的间距为0，第三输入非对称锥形波导(13)输出端下边缘与第四输入非对称锥形波导(14)输出端上边缘的间距为W3；第三中间直波导(15)和第三中间直波导(16)的宽度相同为W3，长度为L4＝25801μm；第三中间直波导(15)下边缘与第四中间直波导(16)上边缘的间距为W3；第三输出非对称锥形波导(17)和第四输出非对称锥形波导(18)的宽度由W3逐渐变宽为W2/2，长度为L3＝116μm；第三输出非对称锥形波导(17)输入端下边缘和第四输出非对称锥形波导(18)输入端上边缘的间距为W3，第三输出非对称锥形波导(17)输出端下边缘和第四输出非对称锥形波导(18)输出端上边缘的间距为0；第二输出对称锥形波导(19)的宽度由W2逐渐变窄为W1，长度为L2＝300μm。
5.如权利要求1所述的一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其特征在于：中间直波导(Core2)的宽度为W2＝5.4μm，长度为L4＝25801μm；第一1×1MZI波导(Core1)的下边缘与中间直波导(Core2)的上边缘、中间直波导(Core2)的下边缘与第二1×1MZI波导(Core3)的上边缘的间距均为W3＝1.8μm。
6.如权利要求1所述的一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其特征在于：下包层(22)和上包层(24)材料为二氧化硅，有效折射率均为1.4447；芯层波导(23)材料为掺锗二氧化硅，有效折射率为1.4741；衬底(21)为硅片，折射率为3.455。
7.如权利要求1所述的一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其特征在于：从左至右沿光的传输方向，TE模式和TM模式依次由第一1×1MZI波导(Core1)的Intput1端输入，经过中间直波导(Core2)和第二1×1MZI波导(Core3)，最后TM模式从第一1×1MZI波导(Core1)的Output1端输出，TE模式第二1×1MZI波导(Core3)的Output2端输出；或TE模式和TM模式依次由第二1×1MZI波...
【技术特征摘要】
1.一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其特征在于：从下至上依次由衬底(21)、下包层(22)、芯层波导(23)和上包层(24)组成，芯层波导(23)和上包层(24)共同位于下包层(22)之上且芯层波导(23)被上包层(24)所包覆；芯层波导(23)由第一1×1mzi波导(core1)、中间直波导(core2)和第二1×1mzi波导(core3)构成；从左至右沿光的传输方向，第一1×1mzi波导(core1)与第二1×1mzi波导(core3)为关于中间直波导(core2)的对称结构；
2.如权利要求1所述的一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其特征在于：芯层波导(23)的高度相同为h＝4μm。
3.如权利要求1所述的一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其特征在于：从左至右沿光的传输方向，第一输入直波导(1)和第一输出直波导(10)的宽度相同为w1＝4μm，长度相同为l1；第一输入对称锥形波导(2)的宽度由w1逐渐变宽为w2＝5.4μm，长度为l2＝300μm；第一输入非对称锥形波导(3)和第二输入非对称锥形波导(4)的宽度由w2/2＝2.7μm逐渐变窄为w3＝1.8μm，长度为l3＝116μm；第一输入非对称锥形波导(3)输入端下边缘和第二输入非对称锥形波导(4)输入端上边缘的间距为0，第一输入非对称锥形波导(3)输出端下边缘与第二输入非对称锥形波导(4)输出端上边缘的间距为w3；第一中间直波导(5)和第二中间直波导(6)的宽度相同为w3，长度为l4＝25801μm；第一中间直波导(5)下边缘与第二中间直波导(6)上边缘的间距为w3；第一输出非对称锥形波导(7)和第二输出非对称锥形波导(8)的宽度由w3逐渐变宽为w2/2，长度为l3＝116μm；第一输出非对称锥形波导(7)输入端下边缘和第二输出非对称锥形波导(8)输入端上边缘的间距为w3，第一输出非对称锥形波导(7)输出端下边缘和第二输出非对称锥形波导(8)输出端上边缘的间距为0；第一输出对称锥形波导(9)的宽度由w2逐渐变窄为w1，长度为l2＝300μm。
4.如权利要求1所述的一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器，其特征在于：从左至右沿光的传输方向，第二输入直波导(11)和第二输出直波导(20)的宽度相同为w1＝4μm，长度相同为l1；第二输入对称锥形波导(12)的宽度由w1逐渐变宽为w2＝5.4μm，长度为l2＝300μm；第三输入非对称锥形波导(13)和第四输入非对称锥形波导(14)的宽度...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙小强，王曼卓，姚振涛，刘庭瑜，吴远大，张大明，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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