CN105308495A

CN105308495A - 偏振控制器件和偏振控制的方法

Info

Publication number: CN105308495A
Application number: CN201480003264.0A
Authority: CN
Inventors: 马骁; 郝沁汾; 邓湘元
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2016-02-03
Also published as: US20160313505A1; JP2016535302A; EP3035113A4; WO2015176311A1; EP3035113A1

Abstract

一种偏振控制器件和偏振控制的方法。该偏振控制器件包括：偏振分束装置(110)，第一相位偏移器(120)，合波器(130)，波导(140)，波导(150)和波导(160)；偏振分束装置(110)用于将输入光分为两路TE模光或者两路TM模光；第一相位偏移器(120)用于调节输入到第一相位偏移器(120)中的光的相位；合波器(130)用于调节合波器(130)的分光比，将从合波器(130)的第一输入端口和第二输入端口输入的两路TE模光或者两路TM模光合波为一路TE模光或者一路TM模光。采用上述偏振控制器件和偏振控制的方法，能够提高偏振控制的效率。

Description

偏振控制器件和偏振控制的方法技术领域

本发明涉及信息技术领域，并且更具体地，涉及偏振控制器件和偏振控制的方法。背景技术

石圭基光波导（ Silicon-based Optical Waveguide ) 以石圭（ n « 3.5@ 1550nm ) 为波导芯层材料，以二氧化硅（n « 1.5@ 1550nm )等低折射率材料为波导包层材料，在波导芯（Waveguide Core )层和包层之间形成了高折射率差。这一高折射率差使得硅基光器件的尺寸与传统二氧化硅基光器件相比，获得了指数级的减小。以波导弯曲半径为例，二氧化硅波导通常需要 1000微米的弯曲半径才能实现极低的泄露损耗（Leakage Loss ), 而对于硅波导来说， 10 微米的弯曲半径即可满足同样的性能需求。不仅如此，硅材料还是集成电路制作的基本材料，硅基光波导的加工工艺与互补金属氧化物半导体 ( Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS )工艺目兼容，这尤意味着硅基光波导器件可以获得低成本的制作，大规模的产量，易实现的光电集成以及高影响力的市场推广。正由于这小尺寸以及与 CMOS工艺相兼容，因此硅光技术被普遍看作下一代光通信、光计算、光互连的关键技术。

然而，任何一项技术要取得突破并获得大规模应用都不是一件容易的事。对硅基光波导来说，它的高折射率差在带来小尺寸的同时，也使得其中所传输的横电（ Transverse Electric, TE )模光和横磁 ( Transverse Magnetic, TM )模光的有效折射率差对波导尺寸具有很高的灵敏度。在不考虑应力 (Stress)影响的情况下，如果横向和纵向尺寸略有差异（nm级），即会在硅波导中引入双折射效应（ Birefrigent Effect )。这一方面会导致偏振模色散，从而劣化高速信号的传输质量；另一方面还会在光干涉器件中形成双谐振峰，从而影响干涉器件的正常工作，甚至使整个通信系统瘫痪。现有制作工艺很难达到 nm级别的线条精度，因此，要将硅光波导器件实用化，控制好其中传输光的偏振，实现单偏振运行非常重要。

对基于边发射半导体激光器（ Edge Emission Semiconductor Lasers )的单片集成的硅光电子器件来说，由于边发射半导体激光器本身辐射单偏振态激光，通过恰当设计的片上波导将激光辆合进入硅光器件时并不会引起偏振态的混乱，因此偏振敏感问题不会存在。但是，对于那些偏振态随机的激光器，如垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL ), 或者是片外光源需要辆合进入硅光波导中的应用（如堆叠式光互连计算机），则必须经过偏振控制才能实现硅波导中光的单偏振传输。

现有的偏振控制技术釆用保偏光纤（Polarization Maintaining Optical Fiber )或者在单模光纤通路上添加偏振控制器实现单偏振光传输。然而，保偏光纤和偏振控制器成本较高，而且后续输入到硅波导中的光的偏振态可能发生不稳定的变化，导致偏振控制的效率较低。发明内容

本发明实施例提供了一种偏振控制器件和偏振控制的方法，能够提高偏振控制的效率。

第一方面，提供了一种偏振控制器件，包括：

偏振分束装置 110，第一相位偏移器 120，合波器 130，波导 140，波导

150和波导 160;

波导 140用于连接偏振分束装置 110的第一输出端口和合波器 130的第一输入端口；

波导 150用于连接偏振分束装置 110的第二输出端口和第一相位偏移器 120的输入端口；

波导 160用于连接第一相位偏移器 120的输出端口和合波器 130的第二输入端口；

偏振分束装置 110 用于将输入光分为两路横电 TE模光或者两路横磁 TM模光，两路 TE模光或者两路 TM模光分别从偏振分束装置 110的第一输出端口和第二输出端口输出；

第一相位偏移器 120用于调节输入到第一相位偏移器 120 中的光的相位；

合波器 130用于调节合波器 130的分光比，将从合波器 130的第一输入端口和第二输入端口输入的两路 TE模光或者两路 TM模光合波为一路 TE 模光或者一路 TM模光。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，偏振分束装置 110包括：偏振分束器 111，偏振旋转器 112和波导 113;

波导 113用于连接偏振分束器 111的第一输出端口和偏振旋转器 112的输入端口；

偏振分束器 111的第二输出端口为偏振分束装置 110的第二输出端口；偏振旋转器 112的输出端口为偏振分束装置 110的第一输出端口；偏振分束器 111用于将输入光分为两路光，一路为 TE模光，从偏振分束器 111的第一输出端口输出，另一路为 TM模光，从偏振分束器 111的第二输出端口输出；

偏振旋转器 112用于将从偏振旋转器 112的输入端口输入的 TE模光转换为 TM模光；或者，

偏振分束器 111用于将输入光分为两路光，一路为 TM模光，从偏振分束器 111的第一输出端口输出，另一路为 TE模光，从偏振分束器 111的第二输出端口输出；

偏振旋转器 112用于将从偏振旋转器 112的输入端口输入的 TM模光转换为 TE模光。

结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，偏振分束装置 110为光栅耦合器 114，光栅辆合器 114用于将输入光分为两路 TE模光。

结合第一方面或第一方面的第一或二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，第一相位偏移器 120用于调节输入到第一相位偏移器 120中的光的相位，使得合波器 130的第一输入端口和第二输入端口的输入光的相位差为 π。

结合第一方面或第一方面的第一至三种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，合波器 130包括：第一多模干涉耦合器 131，第二多模干涉耦合器 132，第二相位偏移器 133，波导 134，波导 135和波导 136;

第一多模干涉耦合器 131 的第一输入端口为合波器 130 的第一输入端口，第一多模干涉耦合器 131的第二输入端口为合波器 130的第二输入端口；第二多模干涉耦合器 132的输出端口为合波器 130的输出端口；波导 134用于连接第一多模干涉耦合器 131的第一输出端口和第二多模干涉耦合器 132第一输入端口；

波导 135用于连接第一多模干涉耦合器 131的第二输出端口和第二相位偏移器 133输入端口；

波导 136用于连接第二相位偏移器 133的输出端口和第二多模干涉耦合器 132第二输入端口；

第一多模干涉耦合器 131用于对从合波器 130的第一输入端口和第二输入端口输入的两路 TE模光或者两路 TM模光进行干涉耦合，将每路 TE模光或者每路 TM模光的光功率平均分配到第一多模干涉耦合器 131的第一输出端口和第二输出端口，得到两路输出；

第二相位偏移器 133 用于调节输入到第二相位偏移器 133 中的光的相位，以调节合波器 130的分光比；

第二多模干涉耦合器 132用于对第二多模干涉耦合器 132的两路输入进行干涉耦合，得到一路输出。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，第二相位偏移器 133用于调节输入到第二相位偏移器 133中的光的相位，使得合波器 130的分光比与合波器 130的第一输入端口和第二输入端口的输入光的光强比相等。

结合第一方面的第四或五种可能的实现方式中，在第六种可能的实现方式中，该偏振控制器件还包括：

光电探测器 170，用于对从合波器 130的输出端口引出的光进行光功率检测；

第一相位偏移器 120用于调节输入到第一相位偏移器 120 中的光的相位，使得光电探测器 170检测到的光功率达到第一最大值；

第二相位偏移器 133 用于调节输入到第二相位偏移器 133 中的光的相位，使得光电探测器 170检测到的光功率达到第二最大值。

第二方面，提供了一种偏振控制的方法，包括：

将输入光分为两路横电 TE模光或者两路横磁 TM模光；

将两路 TE模光中的第一路 TE模光或者两路 TM模光中的第一路 TM 模光输入到合波器的第一输入端口，将两路 TE模光中的第二路 TE模光或者两路 TM模光中的第二路 TM模光经由第一相位偏移器输入到合波器的第二输入端口；

通过第一相位偏移器调节第二路 TE模光或者第二路 TM模光的相位，通过合波器调节合波器的分光比，将输入到合波器的第一输入端口和第二输入端口的两路 TE模光或者两路 TM模光合波为一路 TE模光或者一路 TM 模光。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，将输入光分为两路横电 TE模光或者两路横磁 TM模光，包括：

通过偏振分束器将输入光分为第二路 TM模光和第三路 TE模光，将第三路 TE模光通过偏振旋转器转换为第一路 TM模光；或者，

通过偏振分束器将输入光分为第二路 TE模光和第三路 TM模光，将第三路 TM模光通过偏振旋转器转换为第一路 TE模光。

结合第二方面，在第二种可能的实现方式中，将输入光分为两路横电 TE模光或者两路横磁 TM模光，包括：

通过光栅辆合器将输入光分为第一路 TE模光和第二路 TE模光。

结合第二方面或第二方面的第一或二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，通过第一相位偏移器调节第二路 TE模光或者第二路 TM模光的相位，包括：

通过第一相位偏移器调节第二路 TE模光或者第二路 TM模光的相位，使得输入到合波器的第一输入端口和第二输入端口的两路 TE模光或者两路 TM模光的相位差为 π。

结合第二方面或第二方面的第一至三种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，合波器包括：第一多模干涉耦合器，第二相位偏移器和第二多模干涉耦合器；

通过合波器调节合波器的分光比，将输入到合波器的第一输入端口和第二输入端口的两路 ΤΕ模光或者两路 ΤΜ模光合波为一路 ΤΕ模光或者一路 ΤΜ模光，包括：

通过第一多模干涉耦合器对输入到合波器的第一输入端口和第二输入端口的两路 ΤΕ模光或者两路 ΤΜ模光进行干涉耦合，将每路 ΤΕ模光或者每路 ΤΜ模光的光功率平均分配到第一多模干涉耦合器的第一输出端口和第二输出端口，得到两路输出；

通过第二相位偏移器对两路输出中的一路输出进行相位调节，以调节合波器的分光比；

通过第二多模干涉耦合器对两路输出中的另一路输出和由第二相位偏移器调节相位后的一路输出进行干涉耦合，得到一路 ΤΕ模光或者一路 ΤΜ 模光。

结合第二方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，通过第二相位偏移器对两路输出中的一路输出进行相位调节，以调节合波器的分光比，包括：

通过第二相位偏移器对两路输出中的一路输出进行相位调节，使得合波器的分光比与输入到合波器的第一输入端口和第二输入端口的两路 TE模光或者两路 TM模光的光强比相等。

结合第二方面的第四或五种可能的实现方式中，在第六种可能的实现方式中，该方法还包括：

通过光电探测器对从合波器的输出端口引出的微量光进行光功率检测；通过第一相位偏移器调节第二路 TE模光或者第二路 TM模光的相位，包括：

通过第一相位偏移器调节第二路 TE模光或者第二路 TM模光的相位，使得光电探测器检测到的光功率达到第一最大值；

通过第二相位偏移器对两路输出中的一路输出进行相位调节，包括：通过第二相位偏移器对两路输出中的一路输出进行相位调节，使得光电探测器检测到的光功率达到第二最大值。

基于上述技术方案，本发明实施例将输入光分为两路 TE模光或者 TM 模光，釆用相位偏移器调节两路光的相位差，合波器调节分光比并将两路光合波为一路光，可以由任意偏振态的输入光得到稳定高效的单偏振光，而且成本较低，从而能够提高偏振控制的效率。附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1是根据本发明一个实施例的偏振控制器件的结构示意图。

图 2是根据本发明另一实施例的偏振控制器件的结构示意图。

图 3是根据本发明又一实施例的偏振控制器件的结构示意图。

图 4是根据本发明实施例的合波器的结构示意图。图 5a是根据本发明实施例的强度随相位差变化的曲线图。

图 5b是根据本发明实施例的相位随相位差变化的曲线图。

图 6是根据本发明又一实施例的偏振控制器件的结构示意图。

图 7是根据本发明实施例的偏振控制的方法的示意性流程图。具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

图 1示出了根据本发明实施例的偏振控制器件 100的结构示意图。如图 1所示，偏振控制器件 100包括：偏振分束装置 110、第一相位偏移器 120、合波器 130、波导 140、波导 150和波导 160。

波导 140用于连接偏振分束装置 110的第一输出端口和合波器 130的第一输入端口。

波导 150用于连接偏振分束装置 110的第二输出端口和第一相位偏移器 120的输入端口。

波导 160用于连接第一相位偏移器 120的输出端口和合波器 130的第二输入端口。

偏振分束装置 110用于将输入光分为两路 TE模光或者两路 TM模光，两路 TE模光或者两路 TM模光从偏振分束装置 110的第一输出端口和第二输出端口输出。从偏振分束装置 110的第一输出端口输出的一路 TE模光或者 TM模光经波导 140传输到合波器 130的第一输入端口；从偏振分束装置 110的第二输出端口输出的一路 TE模光或者 TM模光经波导 150传输到第一相位偏移器 120的输入端口。

第一相位偏移器 120用于调节输入到第一相位偏移器 120 中的光的相位。经波导 150传输到第一相位偏移器 120的输入端口的一路 TE模光或者 TM模光经过第一相位偏移器 120调节相位后，经波导 160传输到合波器 130 的第二输入端口。因此，第一相位偏移器 120可以调节传输到合波器 130的第一输入端口和第二输入端口的两路光的相位差。

合波器 130用于调节合波器 130的分光比，将从合波器 130的第一输入端口和第二输入端口输入的两路 TE模光或者两路 TM模光合波为一路 TE 模光或者一路 TM模光。合波器 130可以调节分光比，进而调节光能量输出，从而可以得到较大的光能量输出。

本发明实施例的偏振控制器件，釆用偏振分束装置将输入光分为两路 TE模光或者 TM模光，相位偏移器调节两路光的相位差，合波器调节分光比并将两路光合波为一路光，可以由任意偏振态的输入光得到稳定高效的单偏振光，而且成本较低，从而能够提高偏振控制的效率。

在本发明的一个实施例中，可选地，如图 2所示，偏振分束装置 110包括：偏振分束器 111、偏振旋转器 112和波导 113。

波导 113用于连接偏振分束器 111的第一输出端口和偏振旋转器 112的输入端口。

偏振分束器 111的第二输出端口为偏振分束装置 110的第二输出端口。偏振旋转器 112的输出端口为偏振分束装置 110的第一输出端口。

在本实施例中，偏振分束装置 110由偏振分束器 111结合偏振旋转器 112 实现。

可选地，在一个实施例中，偏振分束器 111用于将输入光分为两路光，一路为 TE模光，从偏振分束器 111的第一输出端口输出，另一路为 TM模光，从偏振分束器 111的第二输出端口输出。从偏振分束器 111的第一输出端口输出的 TE模光经波导 113传输到偏振旋转器 112的输入端口；从偏振分束器 111的第二输出端口输出的 TM模光经波导 150传输到第一相位偏移器 120的输入端口。

偏振旋转器 112用于将从偏振旋转器 112的输入端口输入的 TE模光转换为 TM模光。经波导 113传输到偏振旋转器 112的输入端口的 TE模光由偏振旋转器 112转换为 TM模光，再经波导 150传输到合波器 130的第一输入端口。

经波导 150传输到第一相位偏移器 120的输入端口的 TM模光经过第一相位偏移器 120调节相位后，经波导 160传输到合波器 130的第二输入端口。

这样，利用偏振分束器 111和偏振旋转器 112可以由任意偏振态的输入光得到两路 TM模光。这两路 TM模光再由第一相位偏移器 120调节相位差，最后由合波器 130合波为一路 TM模光。

可选地，在另一个实施例中，偏振分束器 111将输入光分为两路光，一路为 TM模光，从偏振分束器 111的第一输出端口输出，另一路为 TE模光，从偏振分束器 111的第二输出端口输出。从偏振分束器 111的第一输出端口输出的 TM模光经波导 113传输到偏振旋转器 112的输入端口；从偏振分束器 111的第二输出端口输出的 TE模光经波导 150传输到第一相位偏移器 120 的输入端口。

偏振旋转器 112用于将从偏振旋转器 112的输入端口输入的 TM模光转换为 TE模光。经波导 113传输到偏振旋转器 112的输入端口的 TM模光由偏振旋转器 112转换为 TE模光，再经波导 150传输到合波器 130的第一输入端口。

经波导 150传输到第一相位偏移器 120的输入端口的 TE模光经过第一相位偏移器 120调节相位后，经波导 160传输到合波器 130的第二输入端口。

这样，利用偏振分束器 111和偏振旋转器 112可以由任意偏振态的输入光得到两路 TE模光。这两路 TE模光再由第一相位偏移器 120调节相位差，最后由合波器 130合波为一路 TE模光。

可选地，偏振分束器 112可以釆用基于方向耦合器的偏振分束器。这种偏振分束器通过设计方向耦合器的波导宽度以及波导间隔，使得 TM模的耦合长度远小于 TE模的耦合长度。再将方向耦合器的长度设置为 TM模的耦合长度，则可以使得在 TM模完全辆合到另一根波导的情况下， TE模绝大部分能量依旧在原波导中传输，从而实现偏振分束功能。这种分束器的偏振消光比可以达到 20dB。应理解，偏振分束器 112也可以釆用其他种类的偏振分束器，只要能实现偏振分束功能即可，本发明对此并不限定。

在本发明的另一个实施例中，可选地，如图 3所示，偏振分束装置 110 为光栅辆合器 114。也就是说，在本实施例中，偏振分束装置 110由光栅辆合器 114实现。光栅辆合器 114的第一输出端口为偏振分束装置 110的第一输出端口，光栅辆合器 114的第二输出端口为偏振分束装置 110的第二输出端口。

光栅辆合器 114用于将输入光分为两路 TE模光。输入光垂直耦合进入光栅辆合器 114，光栅辆合器 114将输入光分为两路 TE模光。从光栅辆合器 114的第一输出端口输出的 TE模光经波导 140传输到合波器 130的第一输入端口；从光栅辆合器 114的第二输出端口输出的 TE模光经波导 150传输到第一相位偏移器 120的输入端口，经过第一相位偏移器 120调节相位后，再经波导 160传输到合波器 130的第二输入端口。也就是说，这两路 TE模光可由第一相位偏移器 120调节相位差。最后，这两路 TE模光由合波器 130 合波为一路 TE模光。

在本发明实施例中，可选地，如图 4所示，合波器 130包括：第一多模干涉耦合器 131、第二多模干涉耦合器 132、第二相位偏移器 133、波导 134、波导 135和波导 136。

波导 134用于连接第一多模干涉耦合器 131的第一输出端口和第二多模干涉耦合器 132第一输入端口。

波导 135用于连接第一多模干涉耦合器 131的第二输出端口和第二相位偏移器 133输入端口。

波导 136用于连接第二相位偏移器 133的输出端口和第二多模干涉耦合器 132第二输入端口。

第一多模干涉耦合器 131 的第一输入端口为合波器 130 的第一输入端口，第一多模干涉耦合器 131的第二输入端口为合波器 130的第二输入端口。

第二多模干涉耦合器 132的输出端口为合波器 130的输出端口。

在本实施例中，合波器 130由第一多模干涉耦合器 131和第二多模干涉耦合器 132级联而成，在中间还有一个第二相位偏移器 133用于改变两路光的相位差。

第一多模干涉耦合器 131用于对从合波器 130的第一输入端口和第二输入端口输入的两路 TE模光或者两路 TM模光进行干涉耦合，将每路 TE模光或者每路 TM模光的光功率平均分配到第一多模干涉耦合器 131的第一输出端口和第二输出端口，得到两路输出。

第二相位偏移器 133 用于调节输入到第二相位偏移器 133 中的光的相位，以调节合波器 130的分光比。也就是说，第二相位偏移器 133对第一多模干涉耦合器 131的两路输出中的一路输出进行相位调节，以调节合波器的分光比。

第二多模干涉耦合器 132用于对第二多模干涉耦合器 132的两路输入进行干涉耦合，得到一路输出。也就是说，第二多模干涉耦合器 132对第一多模干涉耦合器 131的两路输出中的另一路输出和由第二相位偏移器 133调节相位后的一路输出进行干涉耦合，得到一路 TE模光或者一路 TM模光。

可选地，第一多模干涉耦合器 131和第二多模干涉耦合器 132可以具有相同的尺寸。

第一多模干涉耦合器 131和第二多模干涉耦合器 132的长度 = / 2。根据模式传播分析方法，可以得到，

其中，为平板波导基模的有效折射率， W_e为平板波导基模的有效模场宽度，为平板波导中所传光波在真空中的波长。

由模式传播分析方法可以得出上述参数所决定的多模干涉耦合器的直通传递函数 T_bar和交叉传递函数 T_cmss分别为：

^ = ^exp(- j ^L- j^) (2) ^ = ^exp(- j ^L₊ j^) (3) 其中，是平板波导基模的传播常数。

若波导 136与波导 134中的光的相位差为^ 为合波器 130的输出端口（即第二多模干涉耦合器 132的输出端口）处的电场强度， ^和^分别为合波器 130的第一输入端口和第二输入端口（即第一多模干涉耦合器 131的第一输入端口和第二输入端口）处的电场强度，则合波器 130的输出函数如式（4 )所示，

假设光从第二多模干涉耦合器 132的输出端口入射，从第一多模干涉耦合器 131的第一输入端口和第二输入端口输出，可以得到其强度和相位随相位差变化的曲线，分别如图 5a和图 5b所示。在图 5a中，虚线和实线两分别为第一输入端口和第二输入端口处的输出功率，它们的比值即合波器的分光比。从图 5a可以看出，当从 0变化到 π时，分光比从 0变化到无穷大。从图 5b可以看出，当从 0变化到 π时，第一输入端口和第二输入端口的输出相位差恒定为 1。因此，当相位差从 0变化到 π时，可以获得任意分光比的合波器，且第一输入端口和第二输入端口的输出相位差恒定为 π。

由光路可逆性原理可知，对于从合波器 130的第一输入端口和第二输入端口处输入的任意光强比的光，可以通过调节第一相位偏移器 120，使合波器 130的第一输入端口和第二输入端口的输入光的相位差为 π，以及调节合波器 130中的第二相位偏移器 133，使合波器 130的分光比与合波器 130的第一输入端口和第二输入端口的输入光的光强比相等，来实现合波器 130的输出端口处的光强恒定为 1(即与输入光强相等），即实现理论上的无损合波。

因此，本发明实施例的偏振控制器件，利用第一相位偏移器 120调节输入到第一相位偏移器 120中的光的相位，使得合波器 130的第一输入端口和第二输入端口的输入光的相位差为 π，利用第二相位偏移器 133调节输入到第二相位偏移器 133中的光的相位，使得合波器 130的分光比与合波器 130 的第一输入端口和第二输入端口的输入光的光强比相等，可以由任意偏振态的输入光得到稳定高效的单偏振光，能够提高偏振控制的效率。

由前述分析可知，通过调节第一相位偏移器 120和第二相位偏移器 133 可以使合波器 130的输出达到最大。可选地，可以釆用光电探测器对合波器 130的输出进行检测，作为调节依据。

在本发明实施例中，可选地，如图 6所示，偏振控制器件 100还包括：光电探测器 170，用于对从合波器 130的输出端口引出的微量光进行光功率检测。

在本实施例中，光电探测器 170从合波器 130的输出端口引出微量光进行光功率检测，检测结果作为第一相位偏移器 120和第二相位偏移器 133调节的最优点的判断依据。引出的微量光的能量要尽可能小，减少插入损耗，以保证有尽可能多的能量传递到下一级器件中；同时，引出的微量光的能量要高于光电探测元件的探测极限，保证有效探测。

可选地，第一相位偏移器 120调节输入到第一相位偏移器 120中的光的相位，使得光电探测器 170检测到的光功率达到第一最大值；

第二相位偏移器 133调节输入到第二相位偏移器 133中的光的相位，使得光电探测器 170检测到的光功率达到第二最大值。

具体而言，对于从合波器 130的第一输入端口和第二输入端口处输入的任意光强比的光，先调节第一相位偏移器 120，使得光电探测器 170检测到的光功率达到最大值（表示为第一最大值），此时合波器 130的第一输入端口和第二输入端口的输入光的相位差为 π ; 再调节合波器 130中的第二相位偏移器 133，使得光电探测器 170检测到的光功率达到最大值（表示为第二最大值），此时合波器 130的分光比与合波器 130的第一输入端口和第二输入端口的输入光的光强比相等。

上述调节过程具体可以由控制算法实现，例如，该控制算法的流程可以为，调节第一相位偏移器 120，使光电探测器 170检测到的光功率达到最大值；调节合波器 130中的第二相位偏移器 133，使光电探测器 170检测到的光功率达到最大值。该控制算法的复杂度为 2*0(N)，例如，通常 N可取值 100，因此，该控制算法的复杂度比较低。

在本发明实施例中，可选地，第一相位偏移器 120和第二相位偏移器 133 可以是基于热调谐原理制成的相位偏移器。它们结构中包括有电极与金属热电偶。热调谐原理利用硅的热光效应（ SN/ SZ^ HxiO"⁴ )，通过加热硅波导来改变其有效折射率，从而改变光程以及相位。通常热调谐的频率 /可达 50kHz, 考虑到前述控制算法复杂度为 2*0(100)，可以得到本发明实施例的偏振控制器件的启动时间 t仅为 t=l//*200=4ms，也就是说，启动时间比较短。

在本发明实施例中，可选地，第一相位偏移器 120和第二相位偏移器 133 也可以是基于电调谐原理制成的相位偏移器。电调谐相位偏移器有基于 ΡΙΝ 结的载流子注入模型，基于应变硅的线性电光效应模型等实施办法。

本发明实施例的偏振控制器件，不需要釆用保偏光纤或者偏振控制器等昂贵元件，釆用单模光纤即可实现，且釆用合波技术，只有一路输出光，无需双重光器件进行后续操作，节约了元器件成本；此外，本发明实施例的偏振控制器件无需光纤与波导进行光轴对准，降低了封装的难度，节约了封装成本。因此，本发明实施例的偏振控制器件，能够获得较低的制作成本。

本发明实施例的偏振控制器件，釆用了相位调谐和分光比调谐的合波技术，不论经过偏振分束器或光栅辆合器的两路光具有何种强度和相位信息，合波输出均能够获得稳定最大化的输出，这有助于稳定高速信号的信噪比；此外，本发明实施例的偏振控制器件位于终端芯片上，偏振输出直接辆合进入硅光波导功能器件中，其中无额外偏振干扰因素，可获得稳定的偏振输出。因此，本发明实施例的偏振控制器件，可以获得稳定高效的单偏振光输出。

本发明实施例的偏振控制器件，可以对任意偏振态的输入光进行偏振控制，扩大了使用范围。

本发明实施例的偏振控制器件的两个调节过程独立，控制算法复杂度仅为 2*0(Ν)。对于热调谐来说，可以获得 4ms的启动时间；如果釆用电调谐，则启动时间可以更短。因此，本发明实施例的偏振控制器件，可以获得较快的启动时间。

以上详细描述了本发明实施例的偏振控制器件，下面描述本发明实施例的偏振控制的方法。

图 7示出了本发明实施例的偏振控制的方法 700的示意性流程图。如图 7所示，该方法包括：

S710, 将输入光分为两路 TE模光或者两路 TM模光；

S720, 将两路 TE模光中的第一路 TE模光或者两路 TM模光中的第一路 TM模光输入到合波器的第一输入端口，将两路 TE模光中的第二路 TE 模光或者两路 TM模光中的第二路 TM模光经由第一相位偏移器输入到合波器的第二输入端口；

S730, 通过第一相位偏移器调节第二路 TE模光或者第二路 TM模光的相位，通过合波器调节合波器的分光比，将输入到合波器的第一输入端口和第二输入端口的两路 TE模光或者两路 TM模光合波为一路 TE模光或者一路 TM模光。

应理解，本发明实施例的偏振控制的方法 700的各个流程可以由前述本发明实施例的偏振控制器件 100中的各个模块执行，相应的具体描述可以参考前述实施例，在次不再赘述。

本发明实施例的偏振控制的方法，通过将输入光分为两路 TE模光或者 TM模光，并调节两路光的相位差和合波器的分光比，将两路光合波为一路光，可以由任意偏振态的输入光得到稳定高效的单偏振光，而且成本较低，从而能够提高偏振控制的效率。

在本发明的一个实施例中，可选地，将输入光分为两路 TE模光或者两路 TM模光，包括：

在本发明的另一个实施例中，可选地，将输入光分为两路 TE模光或者两路 TM模光，包括：

在本发明实施例中，可选地，通过第一相位偏移器调节第二路 TE模光或者第二路 TM模光的相位，包括：

在本发明实施例中，可选地，合波器包括：第一多模干涉耦合器，第二相位偏移器和第二多模干涉耦合器。

在这种情况下，通过合波器调节合波器的分光比，将输入到合波器的第一输入端口和第二输入端口的两路 ΤΕ模光或者两路 ΤΜ模光合波为一路 ΤΕ 模光或者一路 ΤΜ模光，包括：

在本发明实施例中，可选地，通过第二相位偏移器对两路输出中的一路输出进行相位调节，以调节合波器的分光比，包括：

通过第二相位偏移器对两路输出中的一路输出进行相位调节，使得合波器的分光比与输入到合波器的第一输入端口和第二输入端口的两路 ΤΕ模光或者两路 ΤΜ模光的光强比相等。

在本发明实施例中，可选地，该方法 700还包括：

通过光电探测器对从合波器的输出端口引出的微量光进行光功率检测；通过第一相位偏移器调节第二路 ΤΕ模光或者第二路 ΤΜ模光的相位，包括：

通过第一相位偏移器调节第二路 ΤΕ模光或者第二路 ΤΜ模光的相位，使得光电探测器检测到的光功率达到第一最大值；

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另夕卜，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接辆合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接辆合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以釆用硬件的形式实现，也可以釆用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括： U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM， Read-Only Memory )、随机存取存 4诸器 ( RAM, Random Access Memory )、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

权利要求

1. 一种偏振控制器件，其特征在于，包括：

偏振分束装置（ 110),第一相位偏移器（ 120),合波器（ 130)，波导（ 140)，波导（ 150)和波导（ 160);

所述波导（ 140)用于连接所述偏振分束装置（ 110)的第一输出端口和所述合波器（130) 的第一输入端口；

所述波导（150)用于连接所述偏振分束装置（110)的第二输出端口和所述第一相位偏移器（120) 的输入端口；

所述波导（160)用于连接所述第一相位偏移器（120)的输出端口和所述合波器（ 130 ) 的第二输入端口；

所述偏振分束装置（ 110 )用于将输入光分为两路横电 TE模光或者两路横磁 TM模光，所述两路 TE模光或者所述两路 TM模光分别从所述偏振分束装置（110) 的第一输出端口和第二输出端口输出；

所述第一相位偏移器（ 120 )用于调节输入到所述第一相位偏移器 ( 120 ) 中的光的相位；

所述合波器（130)用于调节所述合波器（130)的分光比，将从所述合波器（130) 的第一输入端口和第二输入端口输入的两路 TE模光或者两路 TM模光合波为一路 TE模光或者一路 TM模光。
2. 根据权利要求 1 所述的偏振控制器件，其特征在于，所述偏振分束装置（110) 包括：偏振分束器（111)，偏振旋转器（112)和波导（113); 所述波导（113)用于连接所述偏振分束器（111) 的第一输出端口和所述偏振旋转器（ 112 ) 的输入端口；

所述偏振分束器（111 ) 的第二输出端口为所述偏振分束装置（110) 的第二输出端口；

所述偏振旋转器 ( 112) 的输出端口为所述偏振分束装置 ( 110)的第一输出端口；

所述偏振分束器（ 111 )用于将所述输入光分为两路光，一路为 TE模光，从所述偏振分束器（111) 的第一输出端口输出，另一路为 TM模光，从所述偏振分束器（111) 的第二输出端口输出；

所述偏振旋转器（ 112 )用于将从所述偏振旋转器（ 112 ) 的输入端口输入的 TE模光转换为 TM模光；或者，所述偏振分束器（111)用于将所述输入光分为两路光，一路为 TM模光，从所述偏振分束器（111)的第一输出端口输出，另一路为 TE模光，从所述偏振分束器（111) 的第二输出端口输出；

所述偏振旋转器（112)用于将从所述偏振旋转器（112) 的输入端口输入的 TM模光转换为 TE模光。
3. 根据权利要求 1 所述的偏振控制器件，其特征在于，所述偏振分束装置（110)为光栅辆合器（114)，所述光栅辆合器（114)用于将所述输入光分为两路 TE模光。
4. 根据权利要求 1至 3中任一项所述的偏振控制器件，其特征在于，所述第一相位偏移器（ 120 )用于调节输入到所述第一相位偏移器（ 120 ) 中的光的相位，使得所述合波器（130) 的第一输入端口和第二输入端口的输入光的相位差为 π。
5. 根据权利要求 1至 4中任一项所述的偏振控制器件，其特征在于，所述合波器（130) 包括：第一多模干涉耦合器（131)，第二多模干涉耦合器（ 132 )，第二相位偏移器（ 133 )，波导（ 134 )，波导（ 135 )和波导（ 136 ); 所述第一多模干涉耦合器（131) 的第一输入端口为所述合波器（130) 的第一输入端口，所述第一多模干涉耦合器（131 ) 的第二输入端口为所述合波器（130) 的第二输入端口；

所述第二多模干涉耦合器（132)的输出端口为所述合波器（130)的输出端口；

所述波导（134)用于连接所述第一多模干涉耦合器（131)的第一输出端口和所述第二多模干涉耦合器（₁₃2)第一输入端口；

所述波导（135)用于连接所述第一多模干涉耦合器（131)的第二输出端口和所述第二相位偏移器（133)输入端口；

所述波导（ 136 )用于连接所述第二相位偏移器 ( 133 )的输出端口和所述第二多模干涉耦合器（132) 第二输入端口；

所述第一多模干涉耦合器（131)用于对从所述合波器（130)的第一输入端口和第二输入端口输入的两路 ΤΕ模光或者两路 ΤΜ模光进行干涉耦合，将每路 ΤΕ模光或者每路 ΤΜ模光的光功率平均分配到所述第一多模干涉耦合器（131) 的第一输出端口和第二输出端口，得到两路输出；

所述第二相位偏移器（ 133 )用于调节输入到所述第二相位偏移器（ 133 ) 中的光的相位，以调节所述合波器（130 ) 的分光比；

所述第二多模干涉耦合器（ 132 )用于对所述第二多模干涉耦合器（ 132 ) 的两路输入进行干涉耦合，得到一路输出。
6. 根据权利要求 5所述的偏振控制器件，其特征在于，所述第二相位偏移器 ( 133 )用于调节输入到所述第二相位偏移器 ( 133 ) 中的光的相位，使得所述合波器（130 )的分光比与所述合波器（130 )的第一输入端口和第二输入端口的输入光的光强比相等。
7. 根据权利要求 5或 6所述的偏振控制器件，其特征在于，所述偏振控制器件还包括：

光电探测器（170 )，用于对从所述合波器（130 ) 的输出端口引出的光进行光功率检测；

所述第一相位偏移器（ 120 )用于调节输入到所述第一相位偏移器 ( 120 ) 中的光的相位，使得所述光电探测器（170 )检测到的光功率达到第一最大值；

所述第二相位偏移器（ 133 )用于调节输入到所述第二相位偏移器 ( 133 ) 中的光的相位，使得所述光电探测器（170 )检测到的光功率达到第二最大值。
8. 一种偏振控制的方法，其特征在于，包括：

将输入光分为两路横电 TE模光或者两路横磁 TM模光；

将所述两路 TE模光中的第一路 TE模光或者所述两路 TM模光中的第一路 TM模光输入到合波器的第一输入端口，将所述两路 TE模光中的第二路 TE模光或者所述两路 TM模光中的第二路 TM模光经由第一相位偏移器输入到所述合波器的第二输入端口；

通过所述第一相位偏移器调节所述第二路 TE模光或者所述第二路 TM 模光的相位，通过所述合波器调节所述合波器的分光比，将输入到所述合波器的第一输入端口和第二输入端口的所述两路 TE模光或者所述两路 TM模光合波为一路 TE模光或者一路 TM模光。
9. 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，所述将输入光分为两路横电 TE模光或者两路横磁 TM模光，包括：

通过偏振分束器将所述输入光分为所述第二路 TM模光和第三路 TE模光，将所述第三路 TE模光通过偏振旋转器转换为所述第一路 TM模光；或者，

通过偏振分束器将所述输入光分为所述第二路 TE模光和第三路 TM模光，将所述第三路 TM模光通过偏振旋转器转换为所述第一路 TE模光。
10. 根据权利要求 8所述的方法，其特征在于，所述将输入光分为两路横电 TE模光或者两路横磁 TM模光，包括：

通过光栅辆合器将所述输入光分为所述第一路 TE模光和所述第二路 TE模光。
11. 根据权利要求 8至 10中任一项所述的方法，其特征在于，所述通过所述第一相位偏移器调节所述第二路 TE模光或者所述第二路 TM模光的相位，包括：

通过所述第一相位偏移器调节所述第二路 TE模光或者所述第二路 TM 模光的相位，使得输入到所述合波器的第一输入端口和第二输入端口的所述两路 TE模光或者所述两路 TM模光的相位差为 π。
12. 根据权利要求 8至 11中任一项所述的方法，其特征在于，所述合波器包括：第一多模干涉耦合器，第二相位偏移器和第二多模干涉耦合器；所述通过所述合波器调节所述合波器的分光比，将输入到所述合波器的第一输入端口和第二输入端口的所述两路 ΤΕ模光或者所述两路 ΤΜ模光合波为一路 ΤΕ模光或者一路 ΤΜ模光，包括：

通过所述第一多模干涉耦合器对输入到所述合波器的第一输入端口和第二输入端口的所述两路 ΤΕ模光或者所述两路 ΤΜ模光进行干涉耦合，将每路 ΤΕ模光或者每路 ΤΜ模光的光功率平均分配到所述第一多模干涉耦合器的第一输出端口和第二输出端口，得到两路输出；

通过所述第二相位偏移器对所述两路输出中的一路输出进行相位调节，以调节所述合波器的分光比；

通过所述第二多模干涉耦合器对所述两路输出中的另一路输出和由所述第二相位偏移器调节相位后的一路输出进行干涉耦合，得到所述一路 ΤΕ 模光或者所述一路 ΤΜ模光。
13. 根据权利要求 12所述的方法，其特征在于，所述通过所述第二相位偏移器对所述两路输出中的一路输出进行相位调节，以调节所述合波器的分光比，包括：

通过所述第二相位偏移器对所述两路输出中的一路输出进行相位调节，使得所述合波器的分光比与输入到所述合波器的第一输入端口和第二输入端口的所述两路 TE模光或者所述两路 TM模光的光强比相等。
14. 根据权利要求 12或 13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过光电探测器对从所述合波器的输出端口引出的微量光进行光功率检测；

所述通过所述第一相位偏移器调节所述第二路 TE模光或者所述第二路 TM模光的相位，包括：

通过所述第一相位偏移器调节所述第二路 TE模光或者所述第二路 TM 模光的相位，使得所述光电探测器检测到的光功率达到第一最大值；

所述通过所述第二相位偏移器对所述两路输出中的一路输出进行相位调节，包括：

通过所述第二相位偏移器对所述两路输出中的一路输出进行相位调节，使得所述光电探测器检测到的光功率达到第二最大值。