CN102749679A - 一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件。包括输入波导、平板波导、反射光栅以及一条或多条输出波导，输入波导与输出波导位于平板波导的同一侧，并与平板波导相连，平板波导的另一端与反射光栅相连；每条输入波导与平板波导之间都各自具有一个正向单偏振模式转换器，每条输出波导与平板波导之间都各自具有一个反向单偏振模式转换器。本发明结构简单、设计方便，不需要对平板波导区域、波导阵列等部分做任何特殊的设计；亦未引入额外的复杂工艺，仅需制作普通波导光栅的标准工艺，且对工艺偏差不敏感，并适合于大通道数情况。

Description

一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件

技术领域

本发明涉及一种平面光波导集成器件，尤其是涉及一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件。

背景技术

反射式波导光栅是一种最具代表性的集成型波分复用/解复用器件，相比于透射式波导光栅（如阵列波导光栅）具有尺寸小的优点。。

传统的反射式波导光栅依次由输入波导1、平板波导2、反射光栅8、和输出波导6连接组成，输入波导1与输出波导6位于平板波导2的同一侧，如图1所示。其中反射光栅有两种：（1）第一种是采用凹面光栅8’，如图2所示；（2）第二种是采用由波导阵列与反射镜组成的反射式阵列波导光栅8’’，如图3所示。

传统反射式波导光栅的工作过程是：复合光从输入波导入射，进入平板波导并发散传输，然后被反射光栅反射。由于反射光栅的色散和平板波导的聚焦作用，不同波长的光会聚于平板波导末端的不同点，然后再耦合到对应位置的输出波导，即可将不同波长的光从不同输出波导输出，实现了不同波长的光的分离，这就是波分解复用的功能。反过来，就可以实现波分复用功能。

由于光波导中普遍存在双折射效应，即两个正交偏振模（横电模和横磁模）的有效折射率不相等，平板波导和反射光栅存在偏振相关效应，其各个通道的中心波长与入射偏振态相关。因此，当入射光偏振态发生随机变化时，反射式波导光栅器件的输出功率发生波动。这在光纤通信系统中将降低信噪比从而增大误码率。因此，在实际应用中，如何消除器件偏振相关性，以获得偏振不敏感反射式波导光栅器件是一个非常重要的研究课题。

在传统波导光栅型波分复用器件中，其中心通道波长有一定的偏振敏感性，而其通道间隔几乎偏振不敏感。针对这一特点，已有多种偏振补偿技术实现偏振不敏感特性：（1）利用高温退火技术，引入应力补偿【Opt. Express 15, 15022-15028， 2007】；（2）在输入端引入偏振分束技术【Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2: 236-250, 1996】；（3）在阵列波导光栅中部引入半波片【IEEE Photon. Technol. Lett. 6（5）: 626-628, 1994】；（4）在平板波导区域引入三角形浅刻蚀区【Electron. Lett. 35（9）: 737-738, 1999】。但这些补偿技术都只能实现中心通道波长偏振不敏感，且需要增加额外的工艺、或特殊的部件（如半波片）。

近年来，硅纳米线光波导以其超紧凑结构的特点逐渐受到人们重视。硅纳米线光波导的双折射极为显著，使得基于硅纳米线的波导光栅器件具有极为严重的偏振相关效应。其特点是：通道间隔、中心波长均具有显著的偏振敏感性。这与基于大截面光波导的传统波导光栅器件有显著区别。注意到此前提出的用于基于大截面光波导的传统波导光栅器件的那些偏振补偿技术往往仅能消除中心波长的偏振相关性，因此不适用于硅纳米线波导光栅器件。近几年，人们不断努力积极探索一些用于硅纳米线阵列波导光栅器件的偏振补偿新方法，主要有以下几种：（1） 利用二维光子晶体垂直耦合光栅的偏振分束、旋转、耦合功能，将入射的两个偏振态的光分离并耦合到两个方向的硅纳米线的TE模，同时利用阵列波导光栅的双向性，实现了偏振不敏感的硅纳米线波导【Optics Express, 15（4）: 1567-1578, 2007】，此方法虽然比较巧妙，但仅适用于输入、输出都与光纤直接垂直耦合的情形，具有很大的局限性，不适合于与片上其它器件集成，也无法适用于反射式波导光栅的偏振补偿；（2）发明人自己几年前提出的一种方法：在反射式阵列波导光栅的阵列波导中引入光栅型在线式偏振分束器，通过对TE、TM模引入不同的光程来实现偏振不敏感器件，此方法不引入额外工艺，能达到较好的补偿效果，但需要在制作过程中对波导尺寸进行较为精确的控制【IEEE Journal of Quantum Electronics, 45（6）: 654-660, 2009】；（3）国家发明专利“一种阵列波导光栅实现均匀偏振补偿的方法”（ZL）是通过引入特殊形状的平板波导区域来补偿器件偏振敏感性，但存在工艺容差小、不适用于N×N阵列波导光栅、也不适合于大通道数情况等缺点。由此可见，发明新的偏振补偿技术以实现偏振不敏感反射式波导光栅器件成为一项具有挑战性的工作。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括输入波导、平板波导、反射光栅、以及一条或多条输出波导；输入波导与一条或多条输出波导位于平板波导的同一侧，两者均与平板波导的一端相连，平板波导的另一端与反射光栅相连。在输入波导与平板波导之间具有一个正向单偏振模式转换器，每条输出波导与平板波导之间都各自具有一个反向单偏振模式转换器；所述的反射光栅为凹面光栅，或所述的反射光栅为由波导阵列与反射镜组成的反射式阵列波导光栅。

所述的正向单偏振模式转换器为1×1正向单偏振模式转换器，具有一个输入端口和一个输出端口，从正向单偏振模式转换器输入端入射横磁TM基模时，输出横电TE高阶模；而从正向单偏振模式转换器输入端入射横电TE基模，输出仍为横电TE基模；所述的反向单偏振模式转换器为1×1反向单偏振模式转换器，具有一个输入端口和一个输出端口，从反向单偏振模式转换器输入端入射横电TE高阶模时，输出横磁TM基模；而从反向单偏振模式转换器输入端入射横电TE基模，输出仍为横电TE基模；

或者是，所述的正向单偏振模式转换器为1×1正向单偏振模式转换器，具有一个输入端口和一个输出端口，从正向单偏振模式转换器输入端入射横电TE基模时，输出横磁TM高阶模；而从正向单偏振模式转换器输入端入射横磁TM基模，输出仍为横磁TM基模；所述的反向单偏振模式转换器为1×1反向单偏振模式转换器，具有一个输入端口和一个输出端口，从反向单偏振模式转换器输入端入射横磁TM高阶模时，输出横电TE基模；而从反向单偏振模式转换器输入端入射横磁TM基模，输出仍为横电TM基模。

所述的正向单偏振模式转换器为1×2正向单偏振模式转换器，包含模式转换区、以及由两条宽度不等的第一光波导、第二光波导所组成的非对称方向耦合器；模式转换区与非对称方向耦合器的第一光波导相连接，从模式转换区的输入端口入射横磁TM基模时，经过模式转换区后转化为横电TE高阶模，此横电TE高阶模进入非对称方向耦合器的第一光波导后交叉耦合到第二光波导的横电TE基模，最终从第二光波导的输出端口输出横电TE基模；而从模式转换区的输入端口入射横电TE基模时，经过模式转换区后仍然为横电TE基模，此横电TE基模进入非对称方向耦合器的第一光波导后，最终从第一光波导的输出端口输出横电TE基模；所述的反向单偏振模式转换器为2×1反向单偏振模式转换器，包含由两条宽度不等的第一光波导、第二光波导所组成的非对称方向耦合器、以及模式转换区，从非对称方向耦合器的第二光波导的输入端入射横电TE基模后，交叉耦合到其第一光波导的横电TE高阶模，再经过模式转换区后转化为横磁TM基模，最终从模式转换区的输出端口输出横磁TM基模；而非对称方向耦合器的第一光波导的输入端入射横电TE基模后，经过第一光波导传输至模式转换区，最终从模式转换区的输出端口输出横电TE基模；

或者是，所述的正向单偏振模式转换器为1×2正向单偏振模式转换器，包含模式转换区、以及由两条宽度不等的第一光波导、第二光波导所组成的非对称方向耦合器；模式转换区与非对称方向耦合器的第一光波导相连接，从模式转换区的输入端口入射横电TE基模时，经过模式转换区后转化为横磁TM高阶模，此高阶模进入非对称方向耦合器的第一光波导后交叉耦合到第二光波导的横磁TM基模，最终从第二光波导的输出端口输出横磁TM基模；而从模式转换区的输入端口入射横磁TM基模时，经过模式转换区后仍然为横磁TM基模，此基模进入非对称方向耦合器的第一光波导后，最终从第一光波导的输出端口输出横磁TM基模；所述的反向单偏振模式转换器为2×1反向单偏振模式转换器，包含由两条宽度不等的第一光波导、第二光波导所组成的非对称方向耦合器、以及模式转换区，从非对称方向耦合器的第二光波导的输入端入射横磁TM基模后，交叉耦合到其第一光波导的横磁TM高阶模，再经过模式转换区后转化为横电TE基模，最终从模式转换区的输出端口输出横电TE基模；而非对称方向耦合器的第一光波导的输入端入射横磁TM基模后，经过第一光波导传输至模式转换区，最终从模式转换区的输出端口输出横磁TM基模；

所述的正向单偏振模式转换器为1×2正向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导、第二光波导，第一光波导的长度大于或等于第二光波导长度，且第一光波导、第二光波导输出端齐平，从第一光波导的输入端口入射横磁TM基模时，转化为第二光波导的横电TE基模，并从第二光波导的输出端口输出横电TE基模；而从第一光波导的输入端口入射横电TE基模时，最终从第一光波导的输出端口输出横电TE基模；所述的反向单偏振模式转换器为2×1反向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导、第二光波导，第一光波导的长度大于或等于第二光波导长度，且第一光波导、第二光波导输入端齐平，从第二光波导的输入端口入射横电TE基模时，转化为第一光波导的横磁TM基模，并从第一光波导的输出端口输出横磁TM基模；而从第一光波导的输入端口入射横电TE基模时，最终从第一光波导的输出端口输出横电TE基模；

或者是，所述的正向单偏振模式转换器为1×2正向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导、第二光波导，第一光波导的长度大于或等于第二光波导长度，且第一光波导、第二光波导输出端齐平，从第一光波导的输入端口入射横电TE基模时，转化为第二光波导的横磁TM基模，并从第二光波导的输出端口输出横磁TM基模；而从第一光波导的输入端口入射横磁TM基模时，最终从第一光波导的输出端口输出横磁TM基模；所述的反向单偏振模式转换器为2×1反向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导、第二光波导，第一光波导的长度大于或等于第二光波导长度，且第一光波导、第二光波导输入端齐平，从第二光波导的输入端口入射横磁TM基模时，转化为第一光波导的横电TE基模，并从第一光波导的输出端口输出横电TE基模；而从第一光波导的输入端口入射横磁TM基模时，最终从第一光波导的输出端口输出横磁TM基模。

所述的1×1正向单偏振模式转换器是具有非对称横截面的锥形光波导结构，反向单偏振模式转换器是具有非对称横截面的倒锥形光波导结构；或者是，1×1正向单偏振模式转换器是具有非对称横截面的倒锥形光波导结构，反向单偏振模式转换器是具有非对称横截面的锥形光波导结构。

所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导横截面上下不对称，即覆盖于芯层之上的上包层与位于芯层之下的下包层的折射率不相等、或是厚度不相等、或是两者均不相等。

所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导芯层为脊型，其脊两侧被部分刻蚀或全部刻蚀，其脊两侧刻蚀深度相等或不同。

所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导横截面左右不对称，即左侧包层与右侧包层折射率不相等、或是宽度不相等、或是两者均不相等。

所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导芯层为双脊或多层脊的结构，具有两层或两层以上的不同高度的脊。

所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导芯层与上包层、下包层之间具有高折射率差。

本发明具有的有益效果是：

由于在输入波导、输出波导末端分别连接有正向单偏振模式转换器、反向单偏振模式转换器，即可获得了偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件。本发明结构简单、设计方便，不需要对平板波导、反射光栅等部分做任何特殊的设计；亦未引入额外的复杂工艺，仅需制反射光栅的标准工艺，且对工艺偏差不敏感，且也适合于大通道数情况。

附图说明

图1是传统反射式波导光栅的结构示意图。

图2是第一种传统反射式波导光栅的结构示意图。

图3是第二种传统反射式波导光栅的结构示意图。

图4是本发明反射式波导光栅的结构示意图。

图5是本发明第一种偏振不敏感反射式波导光栅的结构示意图。

图6是本发明第二种偏振不敏感反射式波导光栅的结构示意图。

图7是本发明第一种正向单偏振模式转换器示意图。

图8是本发明第一种反向单偏振模式转换器示意图。

图9是本发明第二种正向单偏振模式转换器示意图。

图10是本发明第二种反向单偏振模式转换器示意图。

图11是本发明第三种正向单偏振模式转换器示意图。

图12是本发明第三种反向单偏振模式转换器示意图。

图13是本发明第一种具有非对称横截面的光波导示意图。

图14是本发明第二种具有非对称横截面的光波导示意图。

图15是本发明第三种具有非对称横截面的光波导示意图。

图16是本发明第四种具有非对称横截面的光波导示意图。

图17是本发明第五种具有非对称横截面的光波导示意图。

图18是本发明第六种具有非对称横截面的光波导示意图。

图19是本发明第一种正向单偏振模式转换器中输入横电TE基模时的光场传输图。

图20是本发明第一种正向单偏振模式转换器中输入横磁TM基模时的光场传输图。

图21是本发明第二种正向单偏振模式转换器中输入横电TE基模时的光场传输图。

图22是本发明第二种正向单偏振模式转换器中输入横磁TM基模时的光场传输图。

图23是本发明偏振不敏感反射式波导光栅中输入横电TE基模、横磁TM基模时频谱模拟计算图；实线为输入横电TE基模、虚线为输入横磁TM基模。

图中：1、输入波导，2、平板波导，3、正向单偏振模式转换器，6、输出波导，7、反向单偏振模式转换器，8、反射光栅，8’、凹面光栅，8’’、反射式阵列波导光栅。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图4所示，本发明第一种偏振不敏感反射式波导光栅包括：输入波导、平板波导、反射光栅以及一条或多条输出波导，输入波导与输出波导位于平板波导的同一侧，并与平板波导相连，平板波导的另一端与反射光栅相连；每条输入波导与平板波导之间都各自具有一个正向单偏振模式转换器，每条输出波导与平板波导之间都各自具有一个反向单偏振模式转换器。反射光栅为凹面光栅结构，如图5所示；或者反射光栅为由波导阵列与反射镜组成的反射式阵列波导光栅，如图6所示。

如图7所示，所述的正向单偏振模式转换器3为1×1正向单偏振模式转换器，具有一个输入端口30和一个输出端口31，从正向单偏振模式转换器3输入端30入射横磁TM基模时，输出横电TE高阶模；而从正向单偏振模式转换器3输入端30入射横电TE基模，输出仍为横电TE基模；

或者是，所述的正向单偏振模式转换器3为1×1正向单偏振模式转换器，具有一个输入端口30和一个输出端口31，从正向单偏振模式转换器3输入端30入射横电TE基模时，输出横磁TM高阶模；而从正向单偏振模式转换器3输入端30入射横磁TM基模，输出仍为横磁TM基模。

如图8所示，所述的反向单偏振模式转换器7为1×1反向单偏振模式转换器，具有一个输入端口70和一个输出端口71，从反向单偏振模式转换器7输入端口70入射横电TE高阶模时，输出横磁TM基模；而从反向单偏振模式转换器7的输入端口70入射横电TE基模，输出仍为横电TE基模； 

或者是，所述的反向单偏振模式转换器7为1×1反向单偏振模式转换器，具有一个输入端口70和一个输出端口71，从反向单偏振模式转换器7输入端口70入射横磁TM高阶模时，输出横电TE基模；而从反向单偏振模式转换器7的输入端口70入射横磁TM基模，输出仍为横电TM基模。

如图9所示，所述的正向单偏振模式转换器3为1×2正向单偏振模式转换器，包含模式转换区312、以及由两条宽度不等的第一光波导314a、第二光波导314b所组成的非对称方向耦合器314；模式转换区312与非对称方向耦合器314的第一光波导314a相连接，从模式转换区312的输入端口3120入射横磁TM基模时，经过模式转换区312后转化为横电TE高阶模，此横电TE高阶模进入非对称方向耦合器314的第一光波导314a后交叉耦合到第二光波导314b的横电TE基模，最终从第二光波导314b的输出端口314b1输出横电TE基模；而从模式转换区312的输入端口3120入射横电TE基模时，经过模式转换区312后仍然为横电TE基模，此横电TE基模进入非对称方向耦合器314的第一光波导314a后，最终从第一光波导314a的输出端口314a1输出横电TE基模。

如图10所示，所述的反向单偏振模式转换器3为2×1反向单偏振模式转换器，包含由两条宽度不等的第一光波导712a、第二光波导712b所组成的非对称方向耦合器712、以及模式转换区713，从非对称方向耦合器712的第二光波导712b的输入端712b0入射横电TE基模后，交叉耦合到其第一光波导712a的横电TE高阶模，再经过模式转换区713后转化为横磁TM基模，最终从模式转换区713的输出端口7131输出横磁TM基模；而非对称方向耦合器712的第一光波导712a的输入端712a0入射横电TE基模后，经过第一光波导712a传输至模式转换区713，最终从模式转换区713的输出端口7131输出横电TE基模；

或者是，如图7所示，所述的正向单偏振模式转换器3为1×2正向单偏振模式转换器，包含模式转换区312、以及由两条宽度不等的第一光波导314a、第二光波导314b所组成的非对称方向耦合器314；模式转换区312与非对称方向耦合器314的第一光波导314a相连接，从模式转换区312的输入端口3120入射横电TE基模时，经过模式转换区312后转化为横磁TM高阶模，此高阶模进入非对称方向耦合器314的第一光波导314a后交叉耦合到第二光波导314b的横磁TM基模，最终从第二光波导314b的输出端口314b1输出横磁TM基模；而从模式转换区312的输入端口3120入射横磁TM基模时，经过模式转换区312后仍然为横磁TM基模，此基模进入非对称方向耦合器314的第一光波导314a后，最终从第一光波导314a的输出端口314a1输出横磁TM基模。

如图10所示，所述的反向单偏振模式转换器3为2×1反向单偏振模式转换器，包含由两条宽度不等的第一光波导712a、第二光波导712b所组成的非对称方向耦合器712、以及模式转换区713，从非对称方向耦合器712的第二光波导712b的输入端712b0入射横磁TM基模后，交叉耦合到其第一光波导712a的横磁TM高阶模，再经过模式转换区713后转化为横电TE基模，最终从模式转换区713的输出端口7131输出横电TE基模；而非对称方向耦合器712的第一光波导712a的输入端712a0入射横磁TM基模后，经过第一光波导712a传输至模式转换区713，最终从模式转换区713的输出端口7131输出横磁TM基模。

如图11所示，所述的正向单偏振模式转换器3为1×2正向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导3a、第二光波导3b，第一光波导3a的长度大于或等于第二光波导3b长度，且第一光波导3a、第二光波导3b输出端齐平，从第一光波导3a的输入端口3a0入射横磁TM基模时，转化为第二光波导3b的横电TE基模，并从第二光波导3b的输出端口3b1输出横电TE基模；而从第一光波导3a的输入端口3a0入射横电TE基模时，最终从第一光波导3a的输出端口3a1输出横电TE基模。

如图12所示，所述的反向单偏振模式转换器7为2×1反向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导7a、第二光波导7b，第一光波导7a的长度大于或等于第二光波导7b长度，且第一光波导7a、第二光波导7b输入端齐平，从第二光波导7b的输入端口7b0入射横电TE基模时，转化为第一光波导7a的横磁TM基模，并从第一光波导7a的输出端口7a1输出横磁TM基模；而从第一光波导7a的输入端口3a0入射横电TE基模时，最终从第一光波导7a的输出端口7a1输出横电TE基模； 

或者是，如图11所示，所述的正向单偏振模式转换器3为1×2正向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导3a、第二光波导3b，第一光波导3a的长度大于或等于第二光波导3b长度，且第一光波导3a、第二光波导3b输出端齐平，从第一光波导3a的输入端口3a0入射横电TE基模时，转化为第二光波导3b的横磁TM基模，并从第二光波导3b的输出端口3b1输出横磁TM基模；而从第一光波导3a的输入端口3a0入射横磁TM基模时，最终从第一光波导3a的输出端口3a1输出横磁TM基模。

如图12所示，所述的反向单偏振模式转换器7为2×1反向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导7a、第二光波导7b，第一光波导7a的长度大于或等于第二光波导7b长度，且第一光波导7a、第二光波导7b输入端齐平，从第二光波导7b的输入端口7b0入射横磁TM基模时，转化为第一光波导7a的横电TE基模，并从第一光波导7a的输出端口7a1输出横电TE基模；而从第一光波导7a的输入端口3a0入射横磁TM基模时，最终从第一光波导7a的输出端口7a1输出横磁TM基模。

所述的1×1正向单偏振模式转换器3是具有非对称横截面的锥形光波导结构，反向单偏振模式转换器7是具有非对称横截面的倒锥形光波导结构；或者是，1×1正向单偏振模式转换器3是具有非对称横截面的倒锥形光波导结构，反向单偏振模式转换器7是具有非对称横截面的锥形光波导结构。

如图13所示，所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导横截面上下不对称，即覆盖于芯层101之上的上包层100与位于芯层101之下的下包层102的折射率不相等、或是厚度不相等、或是两者均不相等。

如图14、图15所示，所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导芯层101为脊型，其脊两侧被部分刻蚀或全部刻蚀，其脊两侧刻蚀深度相等或不同。

如图14、图15所示，所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导横截面以脊中线为轴左右不对称，即左侧包层与右侧包层折射率不相等、或是宽度不相等、或是两者均不相等。

如图16、图17、图18所示，所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导芯层为双脊或多层脊的结构，具有两层或两层以上的不同高度的脊。

如图13、图14、图15、图16、图17、图18所示，所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导芯层101与上包层100、下包层102之间具有高折射率差。

本发明的工作过程为：

1. 对于采用1×1正向单偏振模式转换器、1×1反向单偏振模式转换器的情况。

中心波长为λ₁、λ₂、λ₃、…、λ_N的复合光从输入波导1入射，入射光包含横磁TM基模和横电TE基模这两种偏振光。入射光耦合到1×1正向单偏振模式转换器3输入端30。1×1正向单偏振模式转换器3的输入端宽度、输出端宽度分别为W_1i、W_2i，其长度为L_3i。经过1×1正向单偏振模式转换器3后，从其输出口31输出的光发生如下偏振转化：入射的横磁TM基模被转化为横电TE高阶模，而入射横电TE基模时其输出仍为横电TE基模。此时，从1×1正向单偏振模式转换器3出射的光包含了横电TE基模和横电TE高阶模，但均为横电TE偏振。而后，从1×1正向单偏振模式转换器3出射的光进入到平板波导2，仅激发平板波导的横电TE基模。光在平板波导2发散传输后，被反射光栅8反射后，又进入到平板波导2，仍然仅激发平板波导2的横电TE基模。总之，由于1×1正向单偏振模式转换器3的作用，入射到输入波导1的TE基模和TM基模两种偏振光，历经平板波导2、反射光栅8、以及平板波导2时都仅激发其横电TE基模。因此，根据反射式波导光栅的工作原理，入射到输入波导1的横电TE基模和横磁TM基模两种偏振光最终聚焦于平板波导2末端的同一位置，并同时被1×1反向单偏振模式转换器7的输入端口71所接收。1×1反向单偏振模式转换器7的输入端宽度、输出端宽度分别为W_2o、W_1o，其长度为L_3o。而经过1×1反向单偏振模式转换器7后，从其输出口71输出的光发生如下偏振转化：接收到的横电TE高阶模被转化为横磁TM基模；而接收到的横电TE基模，其输出仍为横电TE基模。此时，从1×1反向单偏振模式转换器7出射的光包含了横电TE基模和横磁TM基模。然后再传输到与1×1反向单偏振模式转换器7相连的输出波导。由此可见，从同一输入光波导入射的包含横磁TM基模和横电TE基模这两种偏振的入射光，最终从同一输出光波导出射，具有偏振不敏感的性能。

 

或者是，

中心波长为λ₁、λ₂、λ₃、…、λ_N的复合光从同一条输入波导1入射，入射光包含横电TE基模和横磁TM基模这两种偏振光。入射光耦合到1×1正向单偏振模式转换器3输入端30。1×1正向单偏振模式转换器3的输入端宽度、输出端宽度分别为W_1i、W_2i，其长度为L_3i。经过1×1正向单偏振模式转换器3后，从其输出口31输出的光发生如下偏振转化：入射的横电TE基模被转化为横磁TM高阶模，而入射横磁TM基模时其输出仍为横磁TM基模。此时，从1×1正向单偏振模式转换器3出射的光包含了横磁TM基模和横磁TM高阶模，但均为横磁TM偏振。而后，从1×1正向单偏振模式转换器3出射的光进入到平板波导2，仅激发平板波导2的横磁TM基模。光在平板波导2发散传输后，被反射光栅8反射后，又进入到平板波导2，仍然仅激发平板波导2的横磁TM基模。总之，由于1×1正向单偏振模式转换器3的作用，入射到输入波导1的横电TE基模和横磁TM基模两种偏振光，历经平板波导2、反射光栅8、以及平板波导2时都仅激发其横磁TM基模。因此，根据反射式波导光栅的工作原理，入射到输入波导1的横电TE基模和横磁TM基模两种偏振光最终聚焦于平板波导2末端的同一位置，并同时被1×1反向单偏振模式转换器7的输入端口71所接收。1×1反向单偏振模式转换器7的输入端宽度、输出端宽度分别为W_2o、W_1o，其长度为L_3o。而经过1×1反向单偏振模式转换器7后，从其输出口71输出的光发生如下偏振转化：接收到的横磁TM高阶模被转化为横电TE基模；而接收到的横磁TM基模，其输出仍为横磁TM基模。此时，从1×1反向单偏振模式转换器7出射的光包含了横磁TM基模和横电TE基模。然后再传输到与1×1反向单偏振模式转换器7相连的输出波导。由此可见，从同一输入光波导入射的包含横电TE基模和横磁TM基模这两种偏振的入射光，最终从同一输出光波导出射，具有偏振不敏感的性能。

 

2. 对于采用第一种1×2正向单偏振模式转换器、2×1反向单偏振模式转换器的情况。

中心波长为λ₁、λ₂、λ₃、…、λ_N的复合光从同一条输入波导1入射，入射光包含横磁TM基模和横电TE基模这两种偏振光。该入射光耦合到1×2正向单偏振模式转换器3输入端3120，进入模式转换区312。模式转换区312的输入端宽度、输出端宽度分别为W_1i、W_2i，其长度为L_tpi。经过模式转换区312传输之后发生模式转化，即：入射的横磁TM基模被转化为横电TE高阶模，而入射的横电TE基模仍为横电TE基模。此时，发生转换之后的光包含横电TE基模和横电TE高阶模。然后，进入非对称方向耦合器（314）的第一光波导（314a），分别激发第一光波导（314a）的横电TE基模和横电TE高阶模。第一光波导（314a）宽度为W_2i。首先通过选取非对称方向耦合器（314）第二光波导（314b）的宽度W_3i，使得第二光波导（314b）的横电TE基模与第一光波导（314a）的横电TE高阶模满足位相匹配条件，然后通过选取合适的非对称方向耦合器（314）的耦合区域长度L _dc，使得所激发的第一光波导（314a）的横电TE高阶模完全耦合到第二光波导（314b）的横电TE基模，从第二光波导（314b）的输出端口（314b1）输出。另一方面，第一光波导（314a）的横电TE基模与第二光波导（314b）的任何模式都不满足位相匹配条件，因而所激发的第一光波导（314a）的横电TE基模不会耦合到第二光波导（314b）的任何模式，而直接从第一光波导（314a）的输出端口（314a1）输出。由此可见，包含横磁TM基模和横电TE基模这两种偏振的入射光经过1×2正向单偏振模式转换器3后，从第一光波导（314a）、第二光波导（314b）的输出口314a1、314b1输出横电TE基模，然后再进入到平板波导2后各自发散传输，但都仅激发其横电TE基模。光在平板波导2发散传输后，被反射光栅8反射后，又进入到平板波导2，仍然仅激发平板波导2的横电TE基模。总之，由于1×2正向单偏振模式转换器3的作用，入射到输入波导1的横电TE基模和横磁TM基模两种偏振光，历经平板波导2、阵列波导4、以及平板波导2时都仅激发其横电TE基模。因此，根据反射式波导光栅的工作原理，入射到输入波导1的TE基模和TM基模两种偏振光最终分别聚焦于平板波导2末端的不同位置，然后分别被2×1反向单偏振模式转换器7的第一光波导（712a）、第二光波导（712b）的输入端口712b0、712a0所接收，并激发各自的横电TE基模。第一光波导（712a）、第二光波导（712b）宽度分别为W_3o、W_1o，其长度为L_dco。通过选取非对称方向耦合器（714）第二光波导（712b）的宽度W_3o，使得第二光波导（712b）的横电TE基模与第一光波导（712a）的横电TE高阶模满足位相匹配条件，然后通过选取合适的非对称方向耦合器（712）的耦合区域长度L _dc，使得所激发的第二光波导（712b）的横电TE基模完全耦合到第一光波导（712a）的横电TE高阶模，然后进入到模式转换区713。模式转换区713输入端口、输出端口宽度分别为W_1o、W_2o，其长度为L_tpo。经过模式转换区713后，第一光波导（712a）的横电TE高阶模再转化为横磁TM基模，从输出端口7131输出，再进入到与之相连的输出光波导6，激发出横磁TM基模。另一方面，第一光波导（712a）的横电TE基模与第二光波导（712b）的任何模式都不满足位相匹配条件，因而所激发的第一光波导（712a）的横电TE基模不会耦合到第二光波导（712b）的任何模式，仍然从第一光波导（712a）的输出端口输出横电TE基模，然后进入到模式转换区713。经过模式转换区713后，第一光波导（712a）的横电TE基模不发生模式转换，从输出端口7131输出仍然为横电TE基模，再进入到与之相连的输出光波导6，激发出横电TE基模。由此可见，从同一输入光波导入射的包含横磁TM基模和横电TE基模这两种偏振的入射光，最终从同一输出光波导出射，具有偏振不敏感的性能。

 

或者是

中心波长为λ₁、λ₂、λ₃、…、λ_N的复合光从同一条输入波导1入射，入射光包含横电TE基模和横磁TM基模这两种偏振光。该入射光耦合到1×2正向单偏振模式转换器3输入端3120，进入模式转换区312。模式转换区312的输入端宽度、输出端宽度分别为W_1i、W_2i，其长度为L_tpi。经过模式转换区312传输之后发生模式转化，即：入射的横电TE基模被转化为横磁TM高阶模，而入射的横磁TM基模仍为横磁TM基模。此时，发生转换之后的光包含横磁TM基模和横磁TM高阶模。然后，进入非对称方向耦合器（314）的第一光波导（314a），分别激发第一光波导（314a）的横磁TM基模和横磁TM高阶模。首先通过选取非对称方向耦合器（314）第二光波导（314b）的宽度W₃，使得第二光波导（314b）的横磁TM基模与第一光波导（314a）的横磁TM高阶模满足位相匹配条件，然后通过选取合适的非对称方向耦合器（314）的耦合区域长度L _dc，使得所激发的第一光波导（314a）的横磁TM高阶模完全耦合到第二光波导（314b）的横磁TM基模，从第二光波导（314b）的输出端口（314b1）输出。另一方面，第一光波导（314a）的横磁TM基模与第二光波导（314b）的任何模式都不满足位相匹配条件，因而所激发的第一光波导（314a）的横磁TM基模不会耦合到第二光波导（314b）的任何模式，而直接从第一光波导（314a）的输出端口（314a1）输出。由此可见，包含横电TE基模和横磁TM基模这两种偏振的入射光经过1×2正向单偏振模式转换器3后，从第一光波导（314a）、第二光波导（314b）的输出口314a1、314b1输出横磁TM基模，然后再进入到平板波导2后各自发散传输，但都仅激发其横磁TM基模。光在平板波导2发散传输后，被反射光栅8反射后，又进入到平板波导2，仍然仅激发平板波导2的横磁TM基模。总之，由于1×2正向单偏振模式转换器3的作用，入射到输入波导1的横电TE基模和横磁TM基模两种偏振光，经过平板波导2、阵列波导4、以及平板波导2时都仅激发其横磁TM基模。因此，根据反射式波导光栅的工作原理，入射到输入波导1的TE基模和TM基模两种偏振光最终分别聚焦于平板波导2末端的不同位置，然后分别被2×1反向单偏振模式转换器7的第一光波导（712a）、第二光波导（712b）的输入端口712b0、712a0所接收，并激发各自的横磁TM基模。第一光波导（712a）、第二光波导（712b）宽度分别为W_3o、W_1o，其长度为L_dco。通过选取非对称方向耦合器（714）第二光波导（712b）的宽度W₃，使得第二光波导（712b）的横磁TM基模与第一光波导（712a）的横磁TM高阶模满足位相匹配条件，然后通过选取合适的非对称方向耦合器（712）的耦合区域长度L _dc，使得所激发的第二光波导（712b）的横磁TM基模完全耦合到第一光波导（712a）的横磁TM高阶模，然后进入到模式转换区713。经过模式转换区713后，第一光波导（712a）的横磁TM高阶模再转化为横电TE基模，从输出端口7131输出，再进入到与之相连的输出光波导6，激发出横电TE基模。另一方面，第一光波导（712a）的横磁TM基模与第二光波导（712b）的任何模式都不满足位相匹配条件，因而所激发的第一光波导（712a）的横磁TM基模不会耦合到第二光波导（712b）的任何模式，仍然从第一光波导（712a）的输出端口输出横磁TM基模，然后进入到模式转换区713。模式转换区713输入端口、输出端口宽度分别为W_1o、W_2o，其长度为L_tpo。经过模式转换区713后，第一光波导（712a）的横磁TM基模不发生模式转换，从输出端口7131输出仍然为横磁TM基模，再进入到与之相连的输出光波导6，激发出横磁TM基模。由此可见，从同一输入光波导入射的包含横电TE基模和横磁TM基模这两种偏振的入射光，最终从同一输出光波导出射，具有偏振不敏感的性能。

 

3. 对于采用第二种1×2正向单偏振模式转换器、2×1反向单偏振模式转换器的情况。

中心波长为λ₁、λ₂、λ₃、…、λ_N的复合光从同一条输入波导1入射，入射光包含横磁TM基模和横电TE基模这两种偏振光。该入射光耦合到1×2正向单偏振模式转换器3输入端3a0，进入第一光波导（3a），分别激发第一光波导（3a）的横电TE基模和横磁TM基模。根据第一光波导（3a）的宽度W_1i，选取第二光波导（3b）的宽度W_2i，使得第一光波导（3a）的横磁TM基模与第二光波导（3b）的横电TE基模满足位相匹配条件。然后通过选取合适的耦合区域长度L _c，使得所激发的第一光波导（3a）的横磁TM基模完全耦合到第二光波导（3b）的横电TE基模，从第二光波导（3b）的输出端口（3b1）输出。另一方面，第一光波导（3a）的横电TE基模与第二光波导（3b）的任何模式都不满足位相匹配条件，因而所激发的第一光波导（3a）的横电TE基模不会耦合到第二光波导（3b）的任何模式，而直接从第一光波导（3a）的输出端口（3a1）输出。由此可见，包含横磁TM基模和横电TE基模这两种偏振的入射光经过1×2正向单偏振模式转换器3后，从第一光波导（3a）、第二光波导（3b）的输出口3a1、3b1均输出横电TE基模，然后再进入到平板波导2后各自发散传输，但都仅激发其横电TE基模。光在平板波导2发散传输后，被反射光栅8反射后，又进入到平板波导2，仍然仅激发平板波导2的横电TE基模。总之，由于1×2正向单偏振模式转换器3的作用，入射到输入波导1的横电TE基模和横磁TM基模两种偏振光，经过平板波导2、阵列波导4、以及平板波导2时都仅激发其横电TE基模。因此，根据反射式波导光栅的工作原理，入射到输入波导1的TE基模和TM基模两种偏振光最终分别聚焦于平板波导2末端的不同位置，然后分别被2×1反向单偏振模式转换器7的第一光波导（7a）、第二光波导（7b）的输入端口7a0、7b0所接收，并激发各自的横电TE基模。第一光波导（7a）宽度为W_1o。通过选取第二光波导（7b）的宽度W_2o，使得第二光波导（7b）的横电TE基模与第一光波导（7a）的横磁TM基模满足位相匹配条件，然后通过选取合适的耦合区域长度L _co，使得所激发的第二光波导（7b）的横电TE基模完全耦合到第一光波导（7a）的横磁TM基模，从输出端口7a1输出，再进入到与之相连的输出光波导6，激发出横磁TM基模。另一方面，第一光波导（7a）的横电TE基模与第二光波导（7b）的任何模式都不满足位相匹配条件，因而所激发的第一光波导（7a）的横电TE基模不会耦合到第二光波导（7b）的模式，仍然从第一光波导（7a）的输出端口（7a1）出射横电TE基模，再进入到与之相连的输出光波导6，激发出横电TE基模。由此可见，从同一输入光波导入射的包含横磁TM基模和横电TE基模这两种偏振的入射光，最终从同一输出光波导出射，具有偏振不敏感的性能。

 

或者是

中心波长为λ₁、λ₂、λ₃、…、λ_N的复合光从同一条输入波导1入射，入射光包含横电TE基模和横磁TM基模这两种偏振光。该入射光耦合到1×2正向单偏振模式转换器3输入端3a0，进入第一光波导（3a），分别激发第一光波导（3a）的横磁TM基模和横电TE基模。根据第一光波导（3a）的宽度W_1i，选取第二光波导（3b）的宽度W_2i，使得第一光波导（3a）的横电TE基模与第二光波导（3b）的横磁TM基模满足位相匹配条件。然后通过选取合适的耦合区域长度L _ci，使得所激发的第一光波导（3a）的横电TE基模完全耦合到第二光波导（3b）的横磁TM基模，从第二光波导（3b）的输出端口（3b1）输出。另一方面，第一光波导（3a）的横磁TM基模与第二光波导（3b）的任何模式都不满足位相匹配条件，因而所激发的第一光波导（3a）的横磁TM基模不会耦合到第二光波导（3b）的任何模式，而直接从第一光波导（3a）的输出端口（3a1）输出。由此可见，包含横电TE基模和横磁TM基模这两种偏振的入射光经过1×2正向单偏振模式转换器3后，从第一光波导（3a）、第二光波导（3b）的输出口3a1、3b1均输出横磁TM基模，然后再进入到平板波导2后各自发散传输，但都仅激发其横磁TM基模。光在平板波导2发散传输后，，被反射光栅8反射后，又进入到平板波导2，仍然仅激发平板波导2的横磁TM基模。总之，由于1×2正向单偏振模式转换器3的作用，入射到输入波导1的横磁TM基模和横电TE基模两种偏振光，经过平板波导2、阵列波导4、以及平板波导2时都仅激发其横磁TM基模。因此，根据反射式波导光栅的工作原理，入射到输入波导1的TE基模和TM基模两种偏振光最终分别聚焦于平板波导2末端的不同位置，然后分别被2×1反向单偏振模式转换器7的第一光波导（7a）、第二光波导（7b）的输入端口7a0、7b0所接收，并激发各自的横磁TM基模。第一光波导（7a）宽度为W_1o。通过选取第二光波导（7b）的宽度W_2o，使得第二光波导（7b）的横磁TM基模与第一光波导（7a）的横电TE基模满足位相匹配条件，然后通过选取合适的耦合区域长度L _co，使得所激发的第二光波导（7b）的横磁TM基模完全耦合到第一光波导（7a）的横电TE基模，从输出端口7a1输出，再进入到与之相连的输出光波导6，激发出横电TE基模。另一方面，第一光波导（7a）的横磁TM基模与第二光波导（7b）的任何模式都不满足位相匹配条件，因而所激发的第一光波导（7a）的横磁TM基模不会耦合到第二光波导（7b）的模式，仍然从第一光波导（7a）的输出端口（7a1）出射横磁TM基模，再进入到与之相连的输出光波导6，激发出横磁TM基模。由此可见，从同一输入光波导入射的包含横电TE基模和横磁TM基模这两种偏振的入射光，最终从同一输出光波导出射，具有偏振不敏感的性能。

下面给出一个偏振不敏感N×N阵列波导光栅的具体实施例。

在此，选用基于硅绝缘体（SOI）材料的硅纳米线光波导：其芯层是硅材料，厚度为220nm、折射率为3.4744；其下包层材料是SiO₂，厚度为2μm、折射率为1.4404；其包层为空气，折射率为1.0。

N×N阵列波导光栅的相关参数为：N=8，通道间隔?λ_ch=1.6nm，相邻阵列波导长度差为20μm，平板波导的长度为L=52μm，输入光波导、阵列波导以及输出波导宽度均为500nm。

1. 对于采用1×1正向单偏振模式转换器、1×1反向单偏振模式转换器的情况。

对于如图3所示的1×1正向单偏振模式转换器，其输入端口、输出端口宽度分别为W_1i=0.6μm、W_2i=0.9μm，其长度L_3i=50μm。

图15、图16分别是入射光为横电TE基模、横磁TM基模时，在1×1正向单偏振模式转换器的模式转化计算模拟结果；由图可见：入射光为横电TE基模时，经过1×1正向单偏振模式转换器后仍然为横电TE基模；而入射光为横磁TM基模时，经过1×1正向单偏振模式转换器后转化为横电TE高阶模。

对于如图4所示的1×1反向单偏振模式转换器，其设计完全可依据光可逆原理，因此取如下参数：输入端口、输出端口宽度分别为W_1i=0.9μm、W_2i=0.6μm，其长度L_3i=50μm。

2. 对于采用第二种1×2正向单偏振模式转换器、2×1反向单偏振模式转换器的情况。

对于如图5所示的1×2正向单偏振模式转换器，其模式转换区的输入端宽度、输出端宽度分别为W_1i=0.6μm、W_2i=0.9μm，其长度L_tpi=50μm；第一光波导、第二光波导的宽度分别为W_2i=0.9μm、W_3i=0.41μm，非对称方向耦合器的耦合区域长度L _dci=10μm。

图17、图18分别是入射光为横电TE基模、横磁TM基模时，在1×2正向单偏振模式转换器的模式转化计算模拟结果。由图可见：入射光为横电TE基模时，经过1×2正向单偏振模式转换器后从第一光波导输出，仍然为横电TE基模；而入射光为横磁TM基模时，经过1×2正向单偏振模式转换器后从第二光波导输出，为横电TE基模。根据光的可逆性原理，经过2×1反向单偏振模式转换器后，入射到第二光波导横电TE基模转化为第一光波导的横磁TM基模；而入射到第一光波导横电TE基模仍然为横电TE基模。

对于如图6所示的2×1反向单偏振模式转换器，其设计完全可依据光可逆原理，因此取如下参数：第一光波导、第二光波导的宽度分别为W_1o=0.9μm、W_3o=0.41μm，非对称方向耦合器的耦合区域长度L _dco=10μm；模式转换区的输入端宽度、输出端宽度分别为W_1o=0.9μm、W_2o=0.6μm，其长度L_tpo=50μm。

3. 对于采用第二种1×2正向单偏振模式转换器、2×1反向单偏振模式转换器的情况。

对于如图7所示的1×2正向单偏振模式转换器，选取其参数为：第一光波导、第二光波导的宽度分别为W_1i=0.6μm、W_2i=0.333μm，第二光波导的长度L _ci=37μm。此时第一光波导的TM基模会完全耦合到第二光波导的TE基模；而第一光波导的TE基模不会完全耦合到第二光波导的任何模式，仍然从第一光波导输出。

对于如图8所示的2×1反向单偏振模式转换器，其设计完全可依据光可逆原理，因此取如下参数：第一光波导、第二光波导的宽度分别为W_1o=0.6μm、W_2o=0.333μm，第二光波导的长度L _dco=37μm。 

利用以上三种正向单偏振模式转换器、反向单偏振模式转换器，可获得偏振不敏感反射式波导光栅。所设计偏振不敏感反射式波导光栅的频谱响应曲线的计算模拟结果如图19所示，共有8个通道，其中心波长各自为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅、λ₆、λ₇、λ₈，通道间隔为1.6nm。图中实线为TE基模、虚线为TM基模。由此可见，两者具有相同的中心波长，而振幅略有不同，其原因主要是模式转换过程中引入了少许损耗。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件，包括输入波导（1）、平板波导（2）、反射光栅（8）、以及一条或多条输出波导（6）；输入波导（1）与一条或多条输出波导（6）位于平板波导（2）的同一侧，两者均与平板波导（2）的一端相连，平板波导（2）的另一端与反射光栅（8）相连；其特征在于：在输入波导（1）与平板波导（2）之间具有一个正向单偏振模式转换器（3），每条输出波导（6）与平板波导（2）之间都各自具有一个反向单偏振模式转换器（7）；所述的反射光栅（8）为凹面光栅（8’），或所述的反射光栅（8）为由波导阵列（81）与反射镜（82）组成的反射式阵列波导光栅（8’’）。

2.根据权利要求1所述的一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件，其特征在于：所述的正向单偏振模式转换器（3）为1×1正向单偏振模式转换器，具有一个输入端口（30）和一个输出端口（31），从正向单偏振模式转换器（3）输入端（30）入射横磁TM基模时，输出横电TE高阶模；而从正向单偏振模式转换器（3）输入端（30）入射横电TE基模，输出仍为横电TE基模；所述的反向单偏振模式转换器（7） 为1×1反向单偏振模式转换器，具有一个输入端口（70）和一个输出端口（71），从反向单偏振模式转换器（7）输入端（70）入射横电TE高阶模时，输出横磁TM基模；而从反向单偏振模式转换器（7）输入端（70）入射横电TE基模，输出仍为横电TE基模；

或者是，所述的正向单偏振模式转换器（3）为1×1正向单偏振模式转换器，具有一个输入端口（30）和一个输出端口（31），从正向单偏振模式转换器（3）输入端（30）入射横电TE基模时，输出横磁TM高阶模；而从正向单偏振模式转换器（3）输入端（30）入射横磁TM基模，输出仍为横磁TM基模；所述的反向单偏振模式转换器（7）为1×1反向单偏振模式转换器，具有一个输入端口（70）和一个输出端口（71），从反向单偏振模式转换器（7）输入端（70）入射横磁TM高阶模时，输出横电TE基模；而从反向单偏振模式转换器（7）输入端（70）入射横磁TM基模，输出仍为横电TM基模。

3.根据权利要求1所述的一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件，其特征在于：所述的正向单偏振模式转换器（3）为1×2正向单偏振模式转换器，包含模式转换区（312）、以及由两条宽度不等的第一光波导（314a）、第二光波导（314b）所组成的非对称方向耦合器（314）；模式转换区（312）与非对称方向耦合器（314）的第一光波导（314a）相连接，从模式转换区（312）的输入端口（3120）入射横磁TM基模时，经过模式转换区（312）后转化为横电TE高阶模，此横电TE高阶模进入非对称方向耦合器（314）的第一光波导（314a）后交叉耦合到第二光波导（314b）的横电TE基模，最终从第二光波导（314b）的输出端口（314b1）输出横电TE基模；而从模式转换区（312）的输入端口（3120）入射横电TE基模时，经过模式转换区（312）后仍然为横电TE基模，此横电TE基模进入非对称方向耦合器（314）的第一光波导（314a）后，最终从第一光波导（314a）的输出端口（314a1）输出横电TE基模；所述的反向单偏振模式转换器（3）为2×1反向单偏振模式转换器，包含由两条宽度不等的第一光波导（712a）、第二光波导（712b）所组成的非对称方向耦合器（712）、以及模式转换区（713），从非对称方向耦合器（712）的第二光波导（712b）的输入端（712b0）入射横电TE基模后，交叉耦合到其第一光波导（712a）的横电TE高阶模，再经过模式转换区（713）后转化为横磁TM基模，最终从模式转换区（713）的输出端口（7131）输出横磁TM基模；而非对称方向耦合器（712）的第一光波导（712a）的输入端（712a0）入射横电TE基模后，经过第一光波导（712a）传输至模式转换区（713），最终从模式转换区（713）的输出端口（7131）输出横电TE基模； 

或者是，所述的正向单偏振模式转换器（3）为1×2正向单偏振模式转换器，包含模式转换区（312）、以及由两条宽度不等的第一光波导（314a）、第二光波导（314b）所组成的非对称方向耦合器（314）；模式转换区（312）与非对称方向耦合器（314）的第一光波导（314a）相连接，从模式转换区（312）的输入端口（3120）入射横电TE基模时，经过模式转换区（312）后转化为横磁TM高阶模，此高阶模进入非对称方向耦合器（314）的第一光波导（314a）后交叉耦合到第二光波导（314b）的横磁TM基模，最终从第二光波导（314b）的输出端口（314b1）输出横磁TM基模；而从模式转换区（312）的输入端口（3120）入射横磁TM基模时，经过模式转换区（312）后仍然为横磁TM基模，此基模进入非对称方向耦合器（314）的第一光波导（314a）后，最终从第一光波导（314a）的输出端口（314a1）输出横磁TM基模；所述的反向单偏振模式转换器（3）为2×1反向单偏振模式转换器，包含由两条宽度不等的第一光波导（712a）、第二光波导（712b）所组成的非对称方向耦合器（712）、以及模式转换区（713），从非对称方向耦合器（712）的第二光波导（712b）的输入端（712b0）入射横磁TM基模后，交叉耦合到其第一光波导（712a）的横磁TM高阶模，再经过模式转换区（713）后转化为横电TE基模，最终从模式转换区（713）的输出端口（7131）输出横电TE基模；而非对称方向耦合器（712）的第一光波导（712a）的输入端（712a0）入射横磁TM基模后，经过第一光波导（712a）传输至模式转换区（713），最终从模式转换区（713）的输出端口（7131）输出横磁TM基模。

4.根据权利要求1所述的一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件，其特征在于：所述的正向单偏振模式转换器（3）为1×2正向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导（3a）、第二光波导（3b），第一光波导（3a）的长度大于或等于第二光波导（3b）长度，且第一光波导（3a）、第二光波导（3b）输出端齐平，从第一光波导（3a）的输入端口（3a0）入射横磁TM基模时，转化为第二光波导（3b）的横电TE基模，并从第二光波导（3b）的输出端口（3b1）输出横电TE基模；而从第一光波导（3a）的输入端口（3a0）入射横电TE基模时，最终从第一光波导（3a）的输出端口（3a1）输出横电TE基模；所述的反向单偏振模式转换器（7）为2×1反向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导（7a）、第二光波导（7b），第一光波导（7a）的长度大于或等于第二光波导（7b）长度，且第一光波导（7a）、第二光波导（7b）输入端齐平，从第二光波导（7b）的输入端口（7b0）入射横电TE基模时，转化为第一光波导（7a）的横磁TM基模，并从第一光波导（7a）的输出端口（7a1）输出横磁TM基模；而从第一光波导（7a）的输入端口（3a0）入射横电TE基模时，最终从第一光波导（7a）的输出端口（7a1）输出横电TE基模； 

或者是，所述的正向单偏振模式转换器（3）为1×2正向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导（3a）、第二光波导（3b），第一光波导（3a）的长度大于或等于第二光波导（3b）长度，且第一光波导（3a）、第二光波导（3b）输出端齐平，从第一光波导（3a）的输入端口（3a0）入射横电TE基模时，转化为第二光波导（3b）的横磁TM基模，并从第二光波导（3b）的输出端口（3b1）输出横磁TM基模；而从第一光波导（3a）的输入端口（3a0）入射横磁TM基模时，最终从第一光波导（3a）的输出端口（3a1）输出横磁TM基模；所述的反向单偏振模式转换器（7）为2×1反向单偏振模式转换器，包含两条宽度不等的第一光波导（7a）、第二光波导（7b），第一光波导（7a）的长度大于或等于第二光波导（7b）长度，且第一光波导（7a）、第二光波导（7b）输入端齐平，从第二光波导（7b）的输入端口（7b0）入射横磁TM基模时，转化为第一光波导（7a）的横电TE基模，并从第一光波导（7a）的输出端口（7a1）输出横电TE基模；而从第一光波导（7a）的输入端口（3a0）入射横磁TM基模时，最终从第一光波导（7a）的输出端口（7a1）输出横磁TM基模。

5.根据权利要求2所述的一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件，其特征在于：所述的1×1正向单偏振模式转换器（3）是具有非对称横截面的锥形光波导结构，反向单偏振模式转换器（7）是具有非对称横截面的倒锥形光波导结构；或者是，1×1正向单偏振模式转换器（3）是具有非对称横截面的倒锥形光波导结构，反向单偏振模式转换器（7）是具有非对称横截面的锥形光波导结构。

6.根据权利要求5所述的一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件，其特征在于：所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导横截面上下不对称，即覆盖于芯层（101）之上的上包层（100）与位于芯层（101）之下的下包层（102）的折射率不相等、或是厚度不相等、或是两者均不相等。

7.根据权利要求5所述的一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件，其特征在于：所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导芯层（101）为脊型，其脊两侧被部分刻蚀或全部刻蚀，其脊两侧刻蚀深度相等或不同。

8.根据权利要求5所述的一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件，其特征在于：所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导横截面左右不对称，即左侧包层与右侧包层折射率不相等、或是宽度不相等、或是两者均不相等。

9.根据权利要求5所述的一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件，其特征在于：所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导芯层为双脊或多层脊的结构，具有两层或两层以上的不同高度的脊。

10.根据权利要求5所述的一种偏振不敏感反射式波导光栅波分复用器件，其特征在于：所述的具有非对称横截面的锥形光波导结构或倒锥形光波导结构，光波导芯层（101）与上包层（100）、下包层（102）之间具有高折射率差。

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