CN101765796A - 偏振分束器-偏振旋转器结构 - Google Patents

偏振分束器-偏振旋转器结构 Download PDF

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Abstract

一种偏振分束器-偏振旋转器-偏振光束组合器光学结构包括：一对偏振旋转器，使偏振分束器与这两个偏振旋转器的输入端相关联；以及偏振光束组合器，它与这两个偏振旋转器的输出端相关联。一种用于使含TE和TM模式的光信号纯化的方法使主要的TE和TM模式与一阶分束和旋转误差分量分离。

Description

偏振分束器-偏振旋转器结构
有关申请的交叉参照
本申请是2005年9月8日提交的美国申请11/222,358的部分继续申请。本申请还是2006年7月28日提交的美国申请11/495,201的部分继续申请，它们均明确引用在此作为参考。
联邦资助研究或开发的相关声明
不适用。
背景技术
本发明一般涉及用于分离输入光信号的偏振模式、使这些偏振模式旋转、再使旋转后的偏振模式重新组合的方法与装置。
光是一种矢量场，它具有两个主要的且正交的偏振态或矢量方向。通常，这些偏振态在自由空间光学中被称为S和P偏振，或被称为光波导的TE(横向电场)和TM(横向磁场)模式。光波导和光学器件的性能通常对偏振态很敏感。即，器件的响应随偏振态变化而变化。这一点在电介质基板上所制造的集成光波导中特别显著。
许多光学组件对输入的偏振态不敏感。在光纤远程通信中，光信号在光纤上前进任何一段距离之后的偏振态是未知的、随机的且随时间变化的(因为环境中有诸多干扰)。然而，许多器件仍然对偏振有一定程度的敏感性，这影响了最终的性能、产量和成本。
有这样一些应用，其中需要在空间上分离输入光信号的TE和TM偏振态，使得可以单独地操纵每一个偏振态，例如，PMD(偏振模色散)补偿器，其中需要使信号在这两个状态上的色散相等。然而，当输入光信号被分离时，或者当信号被旋转时，通常会有误差被引入到该信号中，这是因为偏振分束器或偏振旋转器的无效所导致的。这种误差包括无效分离的TE和/或TM模式或者无效旋转的TE或TM模式。
期望有一种能从主要的正交分量中基本上除去光信号的误差分量的装置和方法。
附图说明
图1是本发明的偏振分束器-辅助式偏振旋转器的一个实施方式的示意图。
图2是根据本发明构造的偏振分束器-辅助式偏振旋转器的一个实施方式的顶视图。
图3是图1所示装置的顶视图，其中指明了偏振模式以及误差分量的路径。
图4是TM+TE模式及其误差分量在穿过和耦合穿过波导结构时的路径的示意图。
图5是本发明的偏振分束器-辅助式偏振旋转器的备选实施方式的示意图。
图6是本发明的另一个备选实施方式的示意图。
图7是用于制造图2所示装置的抗蚀剂掩模排列方式的示意图。
具体实施方式
本发明预期一种偏振分束器-偏振旋转器-偏振光束组合器结构，它包括：一对偏振旋转器，使偏振分束器有效地连接到这两个偏振旋转器的输入端；以及偏振光束组合器，它有效地连接到这两个偏振旋转器的输出端，以及本发明还预期一种用于使包括TE和TM模式的光信号纯化的方法。
在本发明的系统和方法中，包括TE和TM模式的偏振光被分成分离的TE和TM模式(和误差分量)，被旋转以增强TE和TM模式的均一性，再被重新组合，由此，从主要的TE和TM模式中分离出不期望有的偏振误差和泄漏模式以提供主要的光输出，该主要的光输出在TE和TM模式方面是高度纯化的，使得在主要的输出信号中仅存在二阶误差模式。
图1所示的是本发明的示意图，所示的是一种光学结构，它包括偏振分束器，该偏振分束器具有一对输出，每一个输出有效地连接到偏振旋转器，每一个偏振旋转器具有有效地连接到偏振光束组合器的输出。在较佳的实施方式中，图1的光学结构是在芯片上整体构成的单片结构。
图2示出了本发明的一个实施方式，并且用标号10来表示(这里也被称为“系统10”)。
系统10被构造成具有：偏振分束器12(这里也被称为偏振分选器12或分束器12)；偏振旋转器系统14；以及偏振光束组合器16(也被称为偏振组合器16或光束组合器16)。分束器12被构造成具有：第一分束器波导18，它具有输入端20和输出端22；以及第二分束器波导24，它短暂地(evanescently)耦合到第一分束器波导18并且具有输入端26和输出端28。第一分束器波导18支持：模式等级为模式-I-TE的至少一个受引导的TE偏振模；以及模式等级为模式-j-MT的至少一个受引导的TM偏振模。第二分束器波导24支持下列之中的至少一个：模式等级为模式-I-TE的受引导的TE偏振模；以及模式等级为模式-j-TM的受引导的TM偏振模。间隙30任选地将第一分束器波导18和第二分束器波导24分离开。
偏振旋转器系统14被构造成具有：第一偏振旋转器32，也被称为第一旋转器32；以及第二偏振旋转器34，也被称为第二旋转器34。第一旋转器32具有输入端36和输出端38；第二旋转器34具有输入端40和输出端42。
光束组合器16被构造成具有：第一组合器波导44，它具有输入端46和输出端48；第二组合器波导50，它具有输入端52和输出端54。间隙56任选地分离第一组合器波导44和第二组合器波导50。
分束器12和旋转器系统14通过第一连接器波导系统58而有效地连接，第一连接器波导系统58被构造成具有第一分束器连接器波导60和第二分束器连接器波导62。第一分束器连接器波导60将第一分束器波导18的输出端22连接到第一旋转器32的输入端36，第二分束器连接器波导62将第二分束器波导24的输出端28连接到第二旋转器34的输入端40。
光束组合器16和旋转器系统14通过第二连接器波导系统64而有效地连接，第二连接器波导系统64被构造成具有第一组合器连接器波导66和第二组合器连接器波导68。第一组合器连接器波导66将第一旋转器32的输出端38连接到第一组合器44的输入端46，第二组合器连接器波导68将第二旋转器34的输出端42连接到第二组合器波导50的输入端52。
第一和第二分束器波导18和24协作以形成绝热区域，其中具有TE和TM偏振模之一的光基本上保留在第一分束器波导18之内，而具有TE和TM偏振模中的另一个模式的光则基本上短暂地耦合到第二分束器波导24中，尽管TE和TM模式中每一个的一小部分没有被恰当地分离并由此包括了下文针对图3和4所讨论的误差分量。在图2所示的实施方式中，具有TM模式的光基本上保留在第一分束器波导18中。通常，光波(或光信号)通过第一分束器波导18入射到或进入分束器12，并且穿过绝热区域进行传播，其中光波从分束器12出射而进入到连接器波导系统58中。当光波穿过分束器12的绝热区域进行传播时，偏振态被基本上分离开了，下文结合图3和4对此作进一步的详细描述。
在较佳的实施方式中，分束器12被实现成一种无源矩形光芯片，美国申请11/495,201对此进行了描述。然而，应该理解，分束器12可以被实现成具有其它的形状和配置，使得分束器12的输入面和输出面并非必然是平面或水平面或光芯片的相对的面。另外，分束器12可以被实现成一种有源分束器，美国专利7,035,491对此有描述，该专利全文引用在此作为参考。
第一分束器波导18的输入端20被配置成接收具有TE和TM偏振模的光，第一分束器波导18的输出端22被配置成提供基本上仅具有TE和TM偏振模中的一个模式的光(图2的实施方式中是TM模式)。第二分束器波导24的输出端28被配置成提供基本上仅具有TE和TM偏振模中的另一个模式的光(图2的实施方式中是TE模式)。第一连接器波导系统58包括连接到输出端22和28的输出波导60和62。
第一和第二分束器波导18和24被间隙30分离开，间隙30具有宽度31。间隙30的宽度31足够小，以允许第一和第二分束器波导18和24的光学模式短暂地相互作用。间隙30的宽度31可以是均匀的或非均匀的，只要第一和第二分束器波导18和24是短暂地耦合就可以。在一个实施方式中，宽度31是200-1000nm，最好是大约500nm。此外，通过用折射率不同的材料来构造第一和第二分束器波导18和24，可以消除间隙31。如果第一和第二分束器波导18和24具有不同的高度，也可以消除间隙30。
第一和第二分束器波导18和24的几何结构(比如高度、宽度)以及间隙30都可以沿着分束器的长度而变化。
第一和第二分束器波导18和24的每一个具有设置在包层之内的芯。该芯是用高折射率材料构造的，进入分束器12的大部分的光被限制在该芯中。用来构造该芯的高折射率材料包括但不限于硅、氮化硅、碳化硅、氧氮化硅、氧碳化硅、氧氮化-碳化硅、掺锗的二氧化硅、磷化铟合金、砷化镓合金、聚合物及其组合。上述包层是由低折射率材料构造的，比如但不限于二氧化硅、低折射率氧氮化硅、低折射率氧碳化硅、低折射率氧氮化-碳化硅、低折射率掺杂的二氧化硅(包括掺锗的二氧化硅和/或掺磷的二氧化硅)、低折射率聚合物、磷化铟或砷化镓的低折射率合金及其组合。折射率可以沿着分束器12的长度70而变化(在z方向上)。美国专利6,614,977揭示了合适的包层示例以及制造这种包层的方法，该专利的全部内容引用在此作为参考。第一分束器波导18和第二分束器波导24的每一个的芯可以具有不同的折射率，但是通常，这些芯都是相似的以方便制造。波导支持所谓的特征模式或简称为“模式”(例如，参阅Dietrich Marcuse的“Theory of dielectric optical waveguides”，纽约，Academic出版社，1974年)。对于沿着波导传播的每一种偏振而言，模式就是电场(TE)和磁场(TM)分布。在波导中，一个模式或一组模式总是携带光能。每一个模式都具有与之相关的特征“有效折射率”或简称为“有效折射率”。可以通过各种方法计算特定波导上的特定模式的有效折射率，其中包括数值方法。商用计算机辅助设计软件包(例如，参阅加拿大安大略省Hamilton市的Apollo Photonics公司(www.apollophoton.com)或荷兰Enschede市的C2V公司(www.c2v.nl))通常可用于计算模式及其在复杂光学回路中的传播过程。
可以用各种技术制造偏振分束器12，比如常规平面光波回路(PLC)制造技术。常规PLC制造技术影响用于集成电子电路(所谓的IC)的成批工具的安装底部，以在可伸缩的体积中产生良好受控的电路。这些技术通常包括薄膜沉积和蚀刻步骤。在基板上沉积或生长电介质材料，然后，接下来形成光学回路的图形并蚀刻到这些电介质中。(例如，参阅Robert G.Hunsperger的“IntegratedOptics，Theory and Technology”，Spring出版社1995年第4版，或HiroshiNishihar、Masamitsu Haruna、Toshiaki Suhara的“Optical Integrated Circuit”，McGraw-Hill出版社，1989年。)
耦合的第一和第二分束器波导18和24的有效模式折射率是以这样一种方式进行操纵的，以便引起偏振分选。分束器波导18和24的有效折射率是波导的芯与包层的折射率的函数，还是波导的高度和宽度的函数(更一般地讲，若波导不是矩形的，则是其几何结构的函数)。在常规PLC制造技术中，特别是使用IC制造工具的那些技术中，平面层的折射率是均匀的，并且很难沿着光学回路的长度改变它。在用于“印刷”该回路的光掩模的设计中，可以实现改变波导18和24的宽度。光掩模(有时候被称为光刻胶)描绘了所有的波导边界，并且是定义光学回路图案的更流行的方法之一。通过在光学回路的规定区域中蚀刻掉波导的原先厚度的一部分，或者通过在选定的波导部分上生长多个层，分束器波导18和/或24的高度是可以改变的，至少可以是逐步地改变的。通常，当波导的高度或宽度增大时，波导所支持的任何模式的折射率会增大。此外，改变波导的高度或宽度会不相等地影响TE和TM偏振。
现在返回附图，如图2所示，分束器12具有长度70，第一连接器波导系统58具有长度72，旋转器系统14具有长度74，第二连接器波导系统64具有长度76，并且光束组合器16具有长度78。在一个版本中，长度70和长度78可以是相等的并且最好是在500-750μm的范围中，尽管长度70和80可以不相等并且可以小于或大于500-750μm。此外，长度72和长度76可以是相等的并且最好是在250-500μm的范围中，尽管长度72和76可以不相等并且可以小于或大于250-500μm。长度74最好是在1000-2000μm的范围中，但是可以小于或大于1000-2000μm。
如图2所示，第一分束器波导18的输入端20和输出端22分别具有宽度80和宽度82。第二分束器波导24的输入端26和输出端28分别具有宽度84和宽度86。相似的是，第一组合器波导44的输入端46和输出端48分别具有宽度98和宽度100。此外，第二组合器波导50的输入端52和输出端54分别具有宽度102和宽度104。
第一旋转器32的输入端36和输出端38分别具有宽度90和宽度94，第二旋转器34的输入端40和输出端42分别具有宽度92和宽度96。
在较佳的实施方式中，宽度84、86、92、94、98和100是相等的或基本上相等的并且是在1-2μm的范围中，尽管它们可以小于或大于1-2μm，在较佳的实施方式中是1.4-1.75μm并且约为1.6μm更佳。宽度80和104最好是相等的或基本上相等的，并且最好是在1-2μm的范围中，在1.2-1.4μm的范围中更佳，约为1.3μm则更好，尽管宽度80和104可以小于或大于1-2μm。宽度82、90、96和102最好是相等的或基本上相等的，并且可以是在0.25-1.25μm的范围中，在0.5-1μm的范围中更佳，约为0.85μm则尤佳，尽管宽度82、90、96和102可以小于或大于0.25-1.25μm。此外，宽度82、90、96和102小于宽度80和104。
在较佳的实施方式中，第一连接器波导系统58是与分束器12整体构造的，第二连接器波导系统64是与光束组合器16整体构造的，尽管第一连接器波导系统58和第二连接器波导系统64可以分别独立于分束器12和光束组合器16而构造。
本领域已知的任何偏振分束器都可以被用作分束器12，只要它根据本发明起作用即可。在一个实施方式中，分束器12是美国申请11/495,201的偏振分选器，该申请全部内容引用在此作为参考。下面简要描述美国申请11/495,201的偏振分选器。此外，本领域已知的任何偏振旋转器都可以被用作偏振旋转器系统14，只要它根据本发明起作用即可。在一个实施方式中，偏振旋转器系统14包括美国申请11/222,358所描述的一对偏振转换器，该申请全部内容引用在此作为参考，下面对此进行详细描述。另一种偏振旋转器是块状半波片，比如由聚酰亚胺或晶体硅构造的半波片。本发明的偏振光束组合器16可以是本领域已知的任何此类光束组合器，并且最好是与分束器12一样地构造，除了它是以相反的方式构造的，这使得第一组合器波导44与第二分束器波导24相反而第二组合器波导50则与第一分束器波导18相反。
在本发明的较佳实施方式中，分束器12被构造成具有一定的几何结构，使得进入第一分束器波导18的输入端20的光被基本上分成TM和TE模式，TM模式中的光保留在第一分束器波导18中，而TE模式中的光则越过间隙30并耦合到第二分束器波导24中，如较佳实施方式中的图3所示那样。
或者，分束器12可以被构造成具有一定的几何结构(未示出)，使得进入第一分束器波导18的光以TE模式保留，而TM模式的光则越过间隙30并耦合到第二分束器波导24中。在这种实施方式中，各种模式的光的路径与图3和4所示的相反。此外，系统10是可逆的和双向的，使得输出22、28、38、42、48和54可以用作输入端，并且输入端20、26、36、40、46和52可以用作输出端。此外，在另一个实施方式中，输入端26可以是主输入端，而非输入端20，其中输出端48变为主输出且输出端54变为次要的输出(即，参考图4中所示的主输出和次要输出)。
本发明的主要功能由图3和4示意性地表示，其中，显示了当光穿过系统10时经分束的或旋转的偏振模的一阶误差分量是如何在第二组合器波导50中从主要的光信号中被分离出来并且被隔离在第一组合器波导44中以便于处理。
具有TE和TM偏振模的光信号进入系统10的分束器12的输入端20。如上所述，当光信号穿过第一分束器波导18时，大部分TM模式的光保留在波导18中并穿过输出端22进入第一分束器连接器波导60中(当存在时)，而大部分TE模式的光则越过间隙30耦合到第二分束器波导24中并且穿过其输出端28进入第二分束器连接器波导62中(当存在时)。然而，一部分TE模式(标为ΔTE)没能耦合到第二波导分束器24中，而是穿过输出端22与TM模式的光一起输出，同时一部分TM模式的光ΔTM泄漏到第二分束器波导24中并且穿过输出端28与第二分束器波导24内的TE模式的光一起输出。
TM和ΔTE(分束器误差)模式的光进入第一旋转器32的输入端36，TE和ΔTM(分束器误差)模式的光进入第二旋转器34的输入端40。
当TM和ΔTE模式的光穿过第一旋转器32时，TM模式被基本上旋转成TE模式，尽管某些TM没有完全被旋转并且包括旋转器误差εTM。ΔTE模式的光被基本上旋转成ΔTM，尽管某些ΔTE模式没有被完全旋转并且包括旋转器误差εΔTE。TE、εTM、ΔTM和εΔTE模式的光通过输出端38从第一旋转器32出射。
当TE和ΔTM模式的光穿过第二旋转器34时，TE模式被基本上旋转成TM模式，同时旋转器误差部分εTE没有完全被旋转。模式ΔTM的光被基本上旋转成ΔTE模式，同时旋转器误差部分εΔTM没有被完全旋转。TM、εTE、ΔTE和εΔTM模式的光通过输出端42从第二旋转器34出射。
包括模式TE、εΔTE、ΔTM和εTM的来自第一旋转器32的光接下来进入第一组合器波导44的输入端46，并且包括模式TM、εΔTM、ΔTE和εTE的来自第二旋转器34的光进入第二组合器波导50的输入端52。
如图3和4所示，当TE、εTM、ΔTM和εΔTE模式的光穿过第一组合器波导44时，TE模式的光基本上全部被耦合到第二组合器波导50中，同时一小部分ΔTE仍然留在第一组合器波导44中。相似的是，εΔTE模式的光基本上全部被耦合到第二组合器波导50中，同时一小部分εΔ2TE仍然留在第一组合器波导44中。模式εTM和ΔTM的光基本上全部留在第一组合器波导44中，而一小部分εΔTM和Δ2TM分别耦合到第二组合器波导50中。
此外，当TM、εTE、ΔTE和εΔTM模式的光穿过第二组合器波导50中时，TM模式的光基本上留在波导50中，而一小部分ΔTE则耦合到第一组合器波导44中。相似的是，εΔTM模式的光基本上留在第二组合器波导50中，同时一小部分εTE耦合到第一组合器波导44中。模式εTE和ΔTE的光基本上耦合到第一组合器波导44中，而一小部分εΔTE和Δ2TE分别留在第二组合器波导50中。
系统10的主要输出(通过第二组合器波导50的输出端54进行的输出)包括TM和TE模式以及少量的二阶误差分量Δ2TM、Δ2TE、εΔTM和εΔTE模式。系统10的次要的输出(通过第一组合器波导44的输出端48进行的输出)包括一阶误差分量ΔTM、ΔTE、εTM和εTE以及误差分量εΔ2TM和εΔ2TE。由此，主要输出包括主要的信号(TM和TE模式)以及少量的二阶误差分量，同时次要的输出包括所有的一阶误差分量，由此使大部分误差分量与主要的TE和TM模式隔离开。
可以构造本申请所预期的任何光学偏振分束器-辅助式结构使之包括其它光学元件，比如偏振器，像图5和6所示的那样。图5示出了与图1所示光学结构相似的光学结构，不同之处在于，偏振分束器与两个偏振旋转器之间有偏振器。图6示出了与图5相似的光学结构，不同之处在于，在两个偏振旋转器与偏振光束组合器之间有另外的偏振器。这样的偏振器对于本领域的技术人员而言是公知的。在图6中，偏振器可以被配置成在偏振旋转器之前和之后抑制误差项，例如，可以消除进入旋转器的ΔTE和ΔTM。可并入本发明的光学结构中的其它光学元件(例如，与图5、6的偏振器一起或者替代这些偏振器)预期可包括但不限于，滤光片、偏振片、波导、反射器、耦合器、互连、相位调制器、强度调制器、移频器、换能器、振荡器、功率分配器和光电检测器。
可以用本领域的任何合适的技术来制造系统10或本申请所预期的任何系统，比如图7所示意性地表示的蚀刻技术。蚀刻工艺通常始于一种含埋入式波导的起始结构。埋入式波导具有芯材料，该芯材料被至少部分地埋入或置于包层材料之内。波导的芯材料通常由选自下列的材料构成：硅；氮化硅；碳化硅；氧氮化硅；氧碳化硅；氧氮化-碳化硅；掺锗的二氧化硅；磷化铟合金；砷化镓合金；聚合物；以及它们的组合。
在蚀刻方法的下一步中，具有期望的图案的光刻胶层110被设置在埋入式波导之上(图7)。光刻胶层可以包括具有期望的形状或图案的一个或多个开口112。
通常，光刻胶层110是由一种材料构成的，该材料能够防止光刻胶层110下方的材料在蚀刻工艺中被除去。由此，在蚀刻过程中，因光刻胶层110中的开口112导致的露出的区域被除去至恰当的深度，开口112的图案被转移到上述芯上。在蚀刻工艺完成之后，如有需要，另一层包层材料被沉积在整个结构之上并且被平整化。在题为“ADIABATIC POLARIZATION CONVERTER”的共同待批的美国专利申请11/222,358中描述了用于形成具有可变高度和宽度的分束器波导的蚀刻方法，该申请的内容引用在此作为参考。此外，光刻胶层110可以被配置成负性光刻胶。
应该注意到，最佳偏振转换是初始的蚀刻图案和蚀刻深度的结果。然而，因为系统10的分离机制是绝热的，所以可以预期，使用上述蚀刻方法制造的系统10的性能特征在制造和设计方面都具有很宽的范围。此外，尽管本系统10被描述成绝热操作的，但是系统10也可以作为一种非绝热系统进行操作。
尽管本发明的系统10的制造方法是结合制造一个系统10的情况下进行描述的，但是本领域普通技术人员应该理解，这种制造方法以及目前已知或随后开发的任何其它合适的制造技术都可以被用于制造一个或多个系统10或其一部分，比如在芯片上或具有多个芯片的晶片(比如硅晶片)上包括一个或多个系统10的情况。
可以通过许多公知的方法制造耦合波导系统(其中所有的波导是相同的厚度)。例如，参阅Robert G.Hunsperger的“Integrated Optics，Theory andTechnology”(Spring出版社1995年第4版)或Hiroshi Nishihar、MasamitsuHaruna、Toshiaki Suhara的“Optical Integrated Circuit”(McGraw-Hill出版社，1989年)。
根据上面的描述，很清楚，本发明能很好地适于实现本发明的目的并获得本文中提到的以及本发明中固有的优点。尽管为了揭示的目的已经描述了本发明的较佳实施方式，但是应该理解，可以容易地向本领域普通技术人员建议而作出大量的变化并使这些变化落在本发明的精神之内。

Claims (25)

1.一种光学结构，包括：
偏振分束器，所述偏振分束器包括输入端和输出端，所述输出端具有第一输出和第二输出；
偏振旋转器系统，所述偏振旋转器系统包括第一偏振旋转器和第二偏振旋转器，所述第一偏振旋转器具有输入端和输出端，所述第二偏振旋转器具有输入端和输出端；以及
偏振光束组合器，所述偏振光束组合器包括输入端和输出端，所述输入端具有第一和第二输入；以及
其中，所述偏振分束器的第一输出有效地连接到所述第一偏振旋转器的输入端，所述第一偏振旋转器的输出端有效地连接到所述偏振光束组合器的第一输入；以及
其中，所述偏振分束器的第二输出有效地连接到所述第二偏振旋转器的输入端，所述第二偏振旋转器的输出端有效地连接到所述偏振光束组合器的第二输入。
2.如权利要求1所述的光学结构，还包括：
至少一个另外的光学元件。
3.如权利要求2所述的光学结构，其特征在于，
所述至少一个另外的光学元件是滤光片、偏振片、波导、反射器、耦合器、互连、相位调制器、强度调制器、移频器、换能器、振荡器、功率分配器、谐振器或光电检测器。
4.一种光学结构，包括：
偏振分束器，所述偏振分束器包括第一分束器波导和第二分束器波导，所述第一分束器波导具有输入端和输出端，所述第二分束器波导具有输出端；
偏振旋转器系统，所述偏振旋转器系统包括第一偏振旋转器和第二偏振旋转器，所述第一偏振旋转器具有输入端和输出端，所述第二偏振旋转器具有输入端和输出端；以及
偏振光束组合器，所述偏振光束组合器包括第一组合器波导和第二组合器波导，所述第一组合器波导具有输入端和输出端，所述第二组合器波导具有输入端和输出端，
其中，所述第一分束器波导的输出端有效地连接到所述第一偏振旋转器的输入端，所述第一偏振旋转器的输出端有效地连接到所述第一组合器波导的输入端，其中，所述第二分束器波导的输出端有效地连接到所述第二偏振旋转器的输入端，所述第二偏振旋转器的输出端有效地连接到所述第二组合器波导的输入端。
5.如权利要求4所述的光学结构，其特征在于，
所述第一分束器波导通过第一分束器连接器波导有效地连接到所述第一偏振旋转器，所述第二分束器波导通过第二分束器连接器波导有效地连接到所述第二偏振旋转器。
6.如权利要求4所述的光学结构，其特征在于，
所述第一组合器波导通过第一组合器连接器波导有效地连接到所述第一偏振旋转器，所述第二组合器波导通过第二组合器连接器波导有效地连接到所述第二偏振旋转器。
7.如权利要求4所述的光学结构，其特征在于，
所述第一分束器波导支持TM模式，所述第二分束器波导支持TE模式。
8.如权利要求4所述的光学结构，其特征在于，
所述第一分束器波导支持TE模式，所述第二分束器波导支持TM模式。
9.如权利要求4所述的光学结构，其特征在于，
所述第一偏振旋转器将TM模式转换成TE模式，所述第二偏振旋转器将TE模式转换成TM模式。
10.如权利要求4所述的光学结构，其特征在于，
所述第一偏振旋转器将TE模式转换成TM模式，所述第二偏振旋转器将TM模式转换成TE模式。
11.如权利要求4所述的光学结构，其特征在于，
TM模式和TE模式被组合到所述第二组合器波导中。
12.如权利要求11所述的光学结构，其特征在于，
一阶误差模式被组合到所述第一组合器波导中。
13.如权利要求4所述的光学结构，其特征在于，
TM模式和TE模式被组合到所述第一组合器波导中。
14.如权利要求13所述的光学结构，其特征在于，
一阶误差模式被组合到所述第二组合器波导中。
15.如权利要求4所述的光学结构，还包括：
至少一个另外的光学元件。
16.如权利要求15所述的光学结构，其特征在于，
所述至少一个另外的光学元件是滤光片、偏振片、波导、反射器、耦合器、互连、相位调制器、强度调制器、移频器、换能器、振荡器、功率分配器、谐振器或光检测器。
17.一种光学结构，包括：
第一偏振旋转器，所述第一偏振旋转器包括输入端、输出端和中间部分，所述中间部分具有在输入端和输出端之间延伸的长度，所述中间部分具有沿其长度不断变化的横截面几何形状以便在电磁信号沿所述中间部分的长度传播时引入电磁信号的偏振模式的旋转；
第二偏振旋转器，所述第二偏振旋转器包括输入端、输出端和中间部分，所述中间部分具有在输入端和输出端之间延伸的长度，所述中间部分具有沿其长度不断变化的横截面几何形状以便在电磁信号沿所述中间部分的长度传播时引入电磁信号的偏振模式的旋转；
偏振分束器，所述偏振分束器包括：
第一分束器波导，所述第一分束器波导具有输入端和输出端并且支持至少一个受引导的TE偏振模式和至少一个受引导的TM偏振模式；和
第二分束器波导，所述第二分束器波导具有输入端和输出端并且支持受引导的TE偏振模式和受引导的TM偏振模式中的至少一个，第一分束器波导和第二分束器波导协作以形成一绝热区域，其中，具有TE和TM偏振模式之一的光留在第一分束器波导之内并通过其输出端从第一分束器波导中出射并进入第一偏振旋转器中，具有TE和TM偏振模式中的另一个模式的光短暂地耦合到第二分束器波导中并且通过其输出端从第二分束器波导中出射并进入第二偏振旋转器中；以及
偏振光束组合器，所述偏振光束组合器包括：
第一组合器波导，所述第一组合器波导具有输入端和输出端并且支持来自第一偏振旋转器或第二偏振旋转器之一的受引导的TE偏振模式和受引导的TM偏振模式中的至少一个；和
第二组合器波导，所述第二组合器波导具有输入端和输出端并且支持来自第一偏振旋转器或第二偏振旋转器中的另一个的受引导的TE偏振模式和受引导的TM偏振模式中的至少一个，第一组合器波导和第二组合器波导协作以形成一绝热区域，其中，具有TE和TM偏振模式之一的光基本上留在第一组合器波导之内，在第二组合器波导之内基本上所有具有TE和TM偏振模式中的另一个模式的光短暂地耦合到第一组合器波导中，由此基本上将TE和TM模式组合到第一组合器波导和第二组合器波导之一中。
18.如权利要求17所述的光学结构，还包括：
至少一个另外的光学元件。
19.如权利要求18所述的光学结构，其特征在于，
所述至少一个另外的光学元件是滤光片、偏振片、波导、反射器、耦合器、互连、相位调制器、强度调制器、移频器、换能器、振荡器、功率分配器、谐振器或光检测器。
20.一种用于使光信号纯化的方法，包括：
提供一种光学结构，所述光学结构包括：
偏振分束器，所述偏振分束器包括第一分束器波导和第二分束器波导，所述第一分束器波导具有输入端和输出端，所述第二分束器波导具有输入端；
偏振旋转器系统，所述偏振旋转器系统包括第一偏振旋转器和第二偏振旋转器，所述第一偏振旋转器具有输入端和输出端，所述第二偏振旋转器具有输入端和输出端；和
偏振光束组合器，所述偏振光束组合器包括第一组合器波导和第二组合器波导，所述第一组合器波导具有输入端和输出端，所述第二组合器波导具有输入端和输出端，
其中，所述第一分束器波导的输出端有效地连接到所述第一偏振旋转器的输入端，所述第一偏振旋转器的输出端有效地连接到所述第一组合器波导的输入端，其中，所述第二分束器波导的输出端有效地连接到所述第二偏振旋转器的输入端，所述第二偏振旋转器的输出端有效地连接到所述第二组合器波导的输入端；
将包括TM和TE模式的光信号输入到偏振分束器中，其中所述光信号被分成分离的TM和TE模式，且其中TM和TE模式之一通过第一偏振旋转器发生旋转，TM和TE模式中的另一个模式通过第二偏振旋转器发生旋转，以及
将经旋转的TM和TE模式组合到第一和第二组合器波导之一中，同时一阶TM和TE误差分量被组合到第一和第二组合器波导中的另一个之中，由此使主要的TM和TE模式与一阶TM和TE误差分量分离开。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，
所述光学结构包括至少一个另外的光学元件。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，
所述至少一个另外的光学元件是滤光片、偏振片、波导、反射器、耦合器、互连、相位调制器、强度调制器、移频器、换能器、振荡器、功率分配器、谐振器或光检测器。
23.一种用于制造组合的偏振分束器、偏振旋转器和偏振光束组合器的方法，包括：
提供一种光学结构，所述光学结构包括第一波导以及与第一波导相邻的第二波导，波导结构包括设置在包层材料之内的芯材料；
将抗蚀剂层置于波导结构之上，所述抗蚀剂层使第一波导的暴露区域和第二波导的暴露区域露出来；以及
蚀刻第一波导的暴露区域和第二波导的暴露区域，使得第一偏振旋转器形成于第一波导的中间部分中，第二偏振旋转器形成于第二波导的中间部分中，偏振分束器形成于波导结构的第一末端部分中，偏振光束组合器形成于波导结构的第二末端部分中。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，
组合的偏振分束器、偏振旋转器和偏振光束组合器包括另外的光学元件。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，
至少一个另外的光学元件是滤光片、偏振片、波导、反射器、耦合器、互连、相位调制器、强度调制器、移频器、换能器、振荡器、功率分配器、谐振器或光检测器。
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