一种基于二氧化硅光波导的偏振分束器,属于光子集成技术领域。依次由衬底、下包层、芯层波导和上包层组成,芯层波导被上包层所包覆;下包层和上包层为二氧化硅,芯层波导的高度均相同,为掺锗二氧化硅,由第一1×1MZI波导Core<subgt;1</subgt;、中间直波导Core<subgt;2</subgt;和第二1×1MZI波导Core<subgt;3</subgt;构成;芯层波导中间区域波导间距足够近时,可以看作类光栅结构,这导致TE模式和TM模式在这个区域的平均有效折射率不同,同时发生光模式的耦合与多模干涉,经过一定长度后,使得TE模式和TM模式产生相位差,最终进行偏振分离并从两个端口分别输出;以实现低折射率差平台的偏振复用技术或者在偏振敏感的器件中滤除不需要的偏振态。
背景技术
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。
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。
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。
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。
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工艺兼容和与单模光纤模场匹配好等优点,在光通信、光互连和集成光学中具有广泛应用。二氧化硅材料平台属于低折射率差平台,包层和芯层之间的折射率差较低,具有偏振不敏感特性,这使在低折射率差平台上难以设计和制作偏振分束器这种器件,因此在二氧化硅材料平台对偏振分束器的研究较少。为了克服以上问题,应当开发新型结构,打破低折射率差平台的偏振不敏感特性,提高偏振敏感性以实现偏振分离,补充低折射率差平台的偏振分离的研究。
实现思路