CN105785506A - 基于硅基脊型波导的偏振旋转器-分离器/合成器 - Google Patents

基于硅基脊型波导的偏振旋转器-分离器/合成器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了各种集成的偏振旋转器?分离器/合成器装置的实施例。集成的偏振旋转器?分离器装置可包括输入波导部分，偏振旋转器部分，偏振分离器部分和输出波导部分，也可反向连接，作为偏振旋转器?合成器。

Description

基于硅基脊型波导的偏振旋转器-分离器/合成器
相关专利申请的交叉参考
本发明要求申请号为61/997,140，申请日为2014年5月22日的美国临时专利申请的优先权，此处其整体被引入用于参考。
技术领域
本发明涉及光电器件，尤其涉及基于硅基脊型波导的偏振旋转器-分离器/合成器。
背景技术
近年来，数字信号处理(DSP)、相干检测和高频谱效率高阶调制方式的组合促使网络容量提升。高速DSP电子技术的最新进展使光纤的光学损耗得到电学上的补偿。长距离网络(long-haul network)已开始使用100G相干传输系统，城域网(metro network)将延后2-3年跟随长距离网络的步伐，如其在过去10年那样。然而，城域100G相干传输网络对信号覆盖区、功耗和相干收发器模块的成本更加敏感。硅光子学技术是解决成本和信号覆盖区的关键。利用在绝缘衬底上硅(SOI)平台上的光学集成，通过最小化安装接触点、机械调节器、测试仪器和材料及分立器件的用量可降低成本。
发明内容
本发明提供一种集成的基于脊型波导的偏振旋转器-分离器/合成器，用于将一个输入TE0模和一个输入TM0模完全分离为两个独立的具有TM0模的波导，或将两个具有TM0模的输入波导合成为一个具有TE0和TM0信号的输出波导，具有大的制造公差。
所述集成的偏振旋转器-分离器包括：输入波导部分，TE0偏振信号和TM0偏振信号从此部分输入；基于脊型波导的偏振旋转部分，此部分将TM0偏振分量转换成所述波导的TEn模，而TE0信号保持不变；偏振分离器部分，包括基于脊型波导的定向耦合器，将TEn模耦合到一个平行的波导，而TE0模保持不变；和输出波导部分，分离这两个信号。偏振旋转部分和偏振分离器部分各自具有实现最佳性能的预定长度。所述偏振旋转器-分离器也可反过来连接，以用作偏振旋转器-合成器。
附图的简要说明
附图用于提供对本发明的进一步理解，并被并入作为本说明书的一部分，示出本发明的实施例并与文字描述一起用于解释本发明的原理。附图可不必是成比例的，以便更好地描述图示主题的特定特征。
图1示出了根据本发明一个实施例的基于平板型波导的偏振旋转器-分离器的俯视图。
图2示出了根据本发明一个实施例的(a)通道型和(b)脊型的非对称定向耦合器的剖视图。
图3示出了根据本发明一个实施例的通道型非对称定向耦合器的本征模的有效折射率，以说明第一波导的TE1模和第二波导的TE0模的模杂化。
图4示出了根据本发明一个实施例的通道型定向耦合器的波导宽度公差分析。
图5示出了根据本发明一个实施例的在所述第二波导各种脊宽度下脊型定向耦合器的TE0、TM0和TE1模的合适的本征模的有效折射率。
图6示出了根据本发明一个实施例的平板型定向耦合器的脊宽度公差分析。
图7示出了根据本发明另一个实施例的基于平板型波导的偏振旋转器-合成器的俯视图。
图8示出了现有的集成的平板型偏振旋转器和通道型偏振分离器。
具体实施方式
概述
在目前主流的100G相干传输系统方案中，偏振复用正交相移调制方式(PDM-QPSK)用于仅有25G波特率时实现100G位数据率。这样，需要偏振控制元件实施控制以实现偏振复用。
一个可用的方案是利用光栅耦合器解耦输入TM/TE模为两个沿着正交波导传播的TE模。这种光栅耦合器的不可避免的缺点是波长敏感的，因为输入波长应该与周期的情况匹配。此外，用于集成光学的CMOS工艺的临界尺寸误差可高达10～20nm，干法蚀刻工艺的蚀刻深度误差通常在10～15nm左右，这样，在整个C-波段和L-波段波长范围，不期望地导致光栅耦合器耦合损耗的巨大波动。
一个替代方案是利用偏振旋转器和偏振分离器用作偏振复用。第一种方法是提供一种波长不敏感的基于通道型波导的偏振旋转器/分离器。其中的偏振旋转器是基于绝热锥形通道型波导，以空气或氮化硅作为覆层，而分离器是基于由两个通道型波导构成的非对称定向耦合器，对波导宽度敏感。第二种方法是提供一种具有更大制造公差的偏振旋转器/分离器的改进结构。偏振旋转器部分利用脊型波导取代空气或氮化硅覆层以打破垂直对称，偏振分离器部分利用基于通道型锥形波导的非对称定向耦合器。由于“窄”通道型波导的TE0模的有效折射率是对波导宽度敏感的，需要一个长锥以克服制造工艺的临界尺寸误差，因此，如图8所示，信号覆盖区不是足够紧凑的。
本发明的一个实施例提供一种基于脊型波导的尺寸紧凑，低损耗，波长不敏感及制造公差宽泛的偏振旋转器/分离器，如图1所示。偏振旋转器部分的长度大约为10um，偏振分离器部分的长度在20um以内，使整个长度大约为30um，相较于上述第二种方法保证获得小得多的信号覆盖区。通道型和脊型非对称定向耦合器的差别在图2中示出。
图3示出了通道型非对称定向耦合器的本征模的有效折射率，以说明第一波导的TE1模和第二波导的TE0模的模杂化。TE1(所述第一波导)和TE0(所述第二波导)折射率曲线的相交证明模杂化的条件。所述第一波导的TE1模的有效折射率随着它的宽度快速增加，随宽度变化导致小的杂化区。因此，通道型定向耦合器是对波导宽度敏感的，如图4所示。当所述第二波导的宽度稍微偏离最优值时，TE1(所述第一波导)和TE0(所述第二波导)的耦合效率快速降低。
图5示出了脊型非对称定向耦合器本征模的有效折射率。TE1(所述第一波导)模的有效折射率比通道型非对称定向耦合器的有效折射率随着脊宽度更缓慢地增加。计算的脊型非对称定向耦合器的TE1(所述第一波导)到TE0(所述第二波导)的耦合效率在图6中示出，显示所述第二波导的脊宽度公差大到+/-30nm，而耦合效率仅降低0.5dB。所述脊型波导宽度公差比通道型非对称定向耦合器的公差大得多，及信号覆盖区小得多。
优选特征的重点说明
在上述基础上，本发明的特征重点说明如下。
一方面，集成的偏振旋转器/分离器装置可包括输入波导部分，基于脊型波导的偏振旋转器部分，基于脊型波导的偏振分离器部分和输出波导部分。
在一些实施例中，输入波导部分可包括配置为接收具有TE0-偏振和TM0-偏振模光信号的通道型波导。
在一些实施例中，偏振旋转器部分可包括锥形脊型波导，锥形脊型波导包括第一部分111和第二部分112。第一部分可包括在脊型波导116各侧的锥形平板115。各锥形平板可被配置为绝热地从通道模式耦合光信号到脊模式。第二部分可包括输出侧具有更大宽度的锥形脊113。各锥形脊可被配置为旋转光信号的TM0-偏振分量至脊型波导的更高阶模，TEn，并输出TEn模至偏振分离器部分，n大于或等于1。TE0-偏振分量可无损地传播并提供给偏振分离器部分120。
在一些实施例中，偏振分离器部分120可包括脊型非对称定向耦合器，脊型非对称定向耦合器包括第一分支线121和第二分支线122。第一分支线可被连接到偏振旋转器部分110的输出端。第一分支线可配置为无损地传播TE0分量至输出端。第二分支线122可平行于第一分支线121设置。第二分支线122的脊宽度可配置为匹配其TE0模至第一分支线121的高阶模，TEn，以便第一分支线121的TEn分量耦合到第二分支线122。
在一些实施例中，输出波导部分130可包括两个由宽度递增的间隙133隔开的输出波导131、132，即包括第一输出波导、第二输出波导和间隙。第一输出波导131可包括连接到脊型非对称定向耦合器120的第一分支线121的输入端。第二输出波导132可包括连接到脊型非对称定向耦合器120的第二分支线122的输入端。间隙133可具有位于两个输出波导之间递增的宽度，并可配置为抑制两个输出波导之间的光耦合。
在一些实施例中，本装置可进一步包括绝缘衬底上硅(SOI)基底，其支撑输入波导部分100、偏振旋转器部分110、偏振分离器部分120和输出波导部分130。
在一些实施例中，SOI基底可具有220±20nm厚度的顶部硅层。
在一些实施例中，输入波导部分100可包括脊型波导。
在一些实施例中，高阶模可为TE1模。
在一些实施例中，锥形平板脊型波导的第一部分111的锥形平板115的宽度轮廓可具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的部分或全部组合的锥形轮廓。
在一些实施例中，锥脊形的脊型波导的第二部分112的锥形脊113的宽度轮廓可具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的部分或全部组合的锥形轮廓。
在一些实施例中，从TM0模到TEn模的偏振转换效率可配置为在锥形脊型波导第二部分113的中心附近是更高的；也可以配置为在锥形脊型波导第二部分的中心附近是更低的，使得锥形脊型波导的锥形配置对制造工艺更相容。
在一些实施例中，非对称定向耦合器120的第一分支线121可为直的脊型波导。
在一些实施例中，非对称定向耦合器120的第一分支线121可包括具有递增宽度的锥形脊型波导或具有递减宽度的锥形脊型波导。
在一些实施例中，非对称定向耦合器120的第二分支线122的脊可为锥形脊，锥形脊的宽度轮廓可具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的部分或全部组合的锥形轮廓。
在一些实施例中，从第一分支线的TEn模到第二分支线122的TM0模的绝热耦合效率可配置为在脊型非对称定向耦合器120的中心附近是更高的，也可配置为在脊型非对称定向耦合器120的末端附近是更低的，以便脊型非对称定向耦合器120的锥形脊配置对制造工艺更相容。
在一些实施例中，第一输出波导131的平板可配置为锥形，以逐渐耦合TE0-偏振脊型-模信号至TE0-偏振通道-模。
在一些实施例中，第二输出波导132的平板可配置为锥形，以逐渐耦合TE0-偏振脊型-模信号至TE0-偏振通道-模。
在一些实施例中，输出波导部分130也可包括TM-模滤波器和TE1模滤波器。
在一些实施例中，TM-模滤波器可包括一系列几微米小半径的弯曲波导。
在一些实施例中，TE1模滤波器可包括具有配置为支持TE0-模和TM0-模传播的预定波导宽度的通道波导或脊型波导。
另一方面，集成的偏振旋转器-合成器装置可包括输入波导部分230，基于脊型波导的偏振合成器部分220，基于脊型波导的偏振旋转器部分210和输出波导部分200。
在一些实施例中，输入波导部分230可包括两个由宽度递减的间隙隔开的输入波导。这两个输入波导可包括第一输入波导231和第二输入波导232。第一输入波导231可包括连接到脊型非对称定向耦合器220的第一分支线221的输出端。第二输入波导232可包括连接到脊型非对称定向耦合器220的第二分支线222的输出端。输入波导部分230也可包括位于两个输入波导之间的具有递减宽度的间隙。间隙可配置为渐增两个波导231、232之间的耦合，作为从输入波导部分230的独立波导模式到脊型非对称定向耦合器220的耦合模式的逐步过渡。
在一些实施例中，偏振合成器220部分可包括脊型非对称定向耦合器220，脊型非对称定向耦合器220可包括第一分支线221和第二分支线222。第一分支线221可连接到输入波导部分230的第一分支线231的输出端。第一分支线221可配置为无损地传播TE0分量到输出端。第二分支线222可平行于第一分支线221设置。第二分支线222的脊宽度可配置为匹配其TE0模至第二分支线222的高阶模TEn，以便第二分支线222的TE0分量耦合到偏振合成器部分220的第一分支线221的TEn分量。
在一些实施例中，偏振旋转器210部分可包括锥形脊型波导，锥形脊型波导包括第一部分211和第二部分212。第一部分212可包括在输出侧具有更小宽度的锥形脊216。锥形脊可被配置为旋转光信号的TEn-偏振分量至脊型波导的更高阶模TM0，并输出TM0模至输出波导部分，n大于或等于1。TE0-偏振分量可无损地传播并提供给输出波导部分。第二部分211可包括在脊型波导各侧的锥形平板215。各锥形平板可被配置为绝热地从脊模式耦合光信号到通道模式。
在一些实施例中，输出波导部分200可连接到偏振旋转器部分210的输出，并可包括配置为输出具有TE0-偏振和TM0-偏振模的光信号的通道型波导。
在一些实施例中，本装置也可包括绝缘衬底上硅(SOI)基底，其支撑输入波导部分、偏振旋转器部分、偏振分离器部分和输出波导部分。
在一些实施例中，SOI基底可具有220±20nm厚度的顶部硅层。
在一些实施例中，输出波导部分200可包括脊型波导。
在一些实施例中，高阶模可为TE1模。
在一些实施例中，锥脊形脊型波导的第一部分212的锥形脊213的宽度轮廓可具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的部分或全部组合的锥形轮廓。
在一些实施例中，锥形平板脊型波导的第一部分211的锥形平板215的宽度轮廓可具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的部分或全部组合的锥形轮廓。
在一些实施例中，从TM0模到TEn模的偏振转换效率可配置为在锥形脊型波导第二部分212的中心附近是更高的，并可配置为在锥形脊型波导的末端附近是更低的，以便锥形脊型波导的锥形脊配置对制造工艺更相容。
在一些实施例中，非对称定向耦合器220的第一分支线221可包括直的脊型波导。
在一些实施例中，非对称定向耦合器220的第一分支线221可包括具有递增宽度的锥形脊型波导或具有递减宽度的锥形脊型波导。
在一些实施例中，第一分支线222的脊可为锥形脊，锥形脊的宽度轮廓可具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的部分或全部组合的锥形轮廓。
在一些实施例中，从第一分支线的TEn模到第二分支线222的TM0模的绝热耦合效率可配置为在脊型非对称定向耦合器的中心附近是更高的，也可配置为在脊型非对称定向耦合器220的末端附近是更低的，以便脊型非对称定向耦合器的锥形脊配置对制造工艺更相容。
在一些实施例中，输出波导200的平板可配置为锥形，以逐渐耦合TE0-偏振通道-模信号至TE0-偏振脊型-模。
另一方面，第二种集成的偏振旋转器/分离器装置可为以反向实施上述集成的偏振旋转器/分离器装置，用作如图7所示的偏振旋转器/合成器。那样的话，上述装置的输出端可用作该第二种集成的偏振旋转器/合成器装置的输入端，输入两个TE0-模光信号，同时，上述装置的输入端可用作集成的偏振旋转器/分离器装置的输出端，输出具有TE0和TM0分量的光信号。
一方面，集成的偏振旋转器/分离器装置的制造方法可包括：为所述装置形成SOI波导；进行光刻和干法蚀刻工艺以使所述装置形成脊形布图；进行光刻和干法蚀刻工艺以使所述装置形成平板形布图；及进行薄膜沉积工艺以使所述装置形成覆层。所述装置可包括输入波导部分，偏振旋转器部分，偏振分离器部分和输出波导部分。输入波导部分可包括配置为接收具有TE0-偏振和TM0-偏振模光信号的通道型波导。偏振旋转器部分可包括锥形脊型波导，锥形脊型波导包括第一部分和第二部分。第一部分可包括在脊型波导各侧的锥形平板。各锥形平板可被配置为绝热地从通道模式耦合光信号到脊模式。第二部分可包括输出侧具有更大宽度的锥形脊113。各锥形脊可被配置为旋转光信号的TM0-偏振分量至脊型波导的更高阶模，TEn，并输出TEn模至偏振分离器部分，n大于或等于1。TE0-偏振分量可无损地传播并提供给偏振分离器部分。偏振分离器部分可包括脊型非对称定向耦合器，脊型非对称定向耦合器包括第一分支线和第二分支线。第一分支线可被连接到偏振旋转器部分的输出端。第一分支线可配置为无损地传播TE0分量至输出端。第二分支线可平行于第一分支线设置。第二分支线的脊宽度可配置为匹配其TE0模至第一分支线的高阶模，TEn，以便第一分支线的TEn分量耦合到第二分支线。输出波导部分可包括两个由宽度递增的间隙隔开的输出波导，即包括第一输出波导、第二输出波导和间隙。第一输出波导可包括连接到脊型非对称定向耦合器的第一分支线的输入端。第二输出波导可包括连接到脊型非对称定向耦合器的第二分支线的输入端。间隙可具有位于两个输出波导之间递增的宽度，并可配置为抑制两个输出波导之间的光耦合。SOI波导可包括SOI基底，其支撑输入波导部分、偏振旋转器部分、偏振分离器部分和输出波导部分。
附加说明
虽然上面公开了一些实施例，但并非旨在限制本发明的范围。对本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明原则的情况下，可对本发明已公开的实施例进行各种修改和替换。基于以上所述，本发明的范围应由后面的权利要求和其对等内容限定。

Claims (39)

1.一种集成的偏振旋转器-分离器装置，其特征在于，包括：
输入波导部分；
基于脊型波导的偏振旋转器部分；
基于脊型波导的偏振分离器部分；和
输出波导部分。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入波导部分包括配置为接收具有TE0-偏振和TM0-偏振模的光信号的通道型波导。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏振旋转器部分包括锥形的脊型波导，其包括：
第一部分，其包括在所述脊型波导各侧的锥形平板，各锥形平板被配置为绝热地从通道模式耦合光信号到脊模式；和
第二部分，其包括输出侧具有更大宽度的锥形脊，各锥形脊被配置为旋转光信号的TM0-偏振分量至所述脊型波导的更高阶模TEn，并输出所述TEn模至所述偏振分离器部分，其中n大于或等于1，所述TE0-偏振分量无损地传播并提供给所述偏振分离器部分。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏振分离器部分包括脊型非对称定向耦合器，其包括：
第一分支线，其被连接到所述偏振旋转器部分的输出端，所述第一分支线配置为无损地传播TE0分量至所述输出端；和
第二分支线，其平行于所述第一分支线设置，所述第二分支线的脊宽度配置为匹配其TE0模至所述第一分支线中的高阶模TEn，以便所述第一分支线的TEn分量耦合到所述第二分支线。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输出波导部分包括两个由宽度递增的间隙隔开的输出波导，包括：
第一输出波导，其包括连接到脊型非对称定向耦合器的第一分支线的输入端；
第二输出波导，其包括连接到所述脊型非对称定向耦合器的第二分支线的输入端；和
间隙，所述间隙具有位于两个所述输出波导之间递增的宽度，所述间隙配置为抑制两个所述输出波导之间的光耦合。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括绝缘衬底上硅基底，其支撑所述输入波导部分、所述偏振旋转器部分、所述偏振分离器部分和所述输出波导部分。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述绝缘衬底上硅基底的顶部硅层厚度为220±20nm。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述输入波导部分包括脊型波导。
9.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述高阶模为TE1模。
10.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述锥形平板脊型波导的所述第一部分的所述锥形平板的宽度轮廓具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的锥形轮廓中的一些或全部组合。
11.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述锥脊形的脊型波导的所述第二部分的所述锥形脊的宽度轮廓可具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的锥形轮廓中的一些或全部组合。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，从TM0模到TEn模的偏振转换效率配置为在所述锥形脊型波导第二部分的中心附近是更高的，并配置为在所述锥形脊型波导的末端附近是更低的，以便所述锥形脊型波导的锥形脊配置对制造工艺更相容。
13.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述非对称定向耦合器的所述第一分支线为直的脊型波导。
14.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述非对称定向耦合器的所述第一分支线包括具有递增宽度的锥形脊型波导或具有递减宽度的锥形脊型波导。
15.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二分支线的脊为锥形脊，其宽度轮廓具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的锥形轮廓中的一些或者全部组合。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，从所述第一分支线的TEn模到所述第二分支线的TM0模的绝热耦合效率配置为在所述脊型非对称定向耦合器的中心附近是更高的，并配置为在所述脊型非对称定向耦合器的末端附近是更低的，以便脊型非对称定向耦合器的锥形脊配置对制造工艺更相容。
17.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一输出波导的平板配置为锥形，以逐渐耦合TE0-偏振脊型-模信号至TE0-偏振通道-模。
18.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二输出波导的平板配置为锥形，以逐渐耦合TE0-偏振脊型-模信号至TE0-偏振通道-模。
19.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述输出波导部分还包括TM-模滤波器和TE1模滤波器。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述TM-模滤波器包括一系列具有几微米小半径的弯曲波导。
21.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述TE1模滤波器包括具有配置为支持TE0-模和TM0-模传播的预定波导宽度的通道波导或脊型波导。
22.一种集成的偏振旋转器-合成器装置，其特征在于，包括：
输入波导部分；
基于脊型波导的偏振分离器部分；
基于脊型波导的偏振旋转器部分；和
输出波导部分。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述输入波导部分包括两个由宽度递减的间隙隔开的输入波导，所述两个输入波导包括：
第一输入波导，其包括连接到脊型非对称定向耦合器的第一分支线的输出端；
第二输入波导，其包括连接到所述脊型非对称定向耦合器的第二分支线的输出端；和
间隙，其宽度在两个所述输入波导之间递减，所述间隙配置为渐增两个所述波导之间的耦合，作为从所述输入波导部分的独立波导模式到所述脊型非对称定向耦合器的耦合模式的逐渐过渡。
24.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述偏振合成器部分包括脊型非对称定向耦合器，其包括：
第一分支线，其连接到所述输入波导部分的第一分支线的输出端，所述第一分支线配置为无损地传播TE0分量到输出端；和
第二分支线，其设置成平行于所述第一分支线，所述第二分支线的脊宽度配置为匹配其TE0模至所述第二分支线的高阶模TEn，以便所述第二分支线的TE0分量耦合到所述偏振合成器部分的所述第一分支线的TEn分量。
25.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述偏振旋转器部分包括锥形脊型波导，其包括：
第一部分，其包括在输出侧具有更小宽度的锥形脊，所述锥形脊被配置为旋转光信号的TEn-偏振分量至脊型波导的更高阶模TM0，并输出TM0模至输出波导部分，所述n大于或等于1，所述TE0-偏振分量无损地传播并提供给所述输出波导部分；和
第二部分，其包括在所述脊型波导各侧的锥形平板，各锥形平板被配置为绝热地从脊模式耦合所述光信号到通道模式。
26.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述输出波导部分连接到偏振旋转器部分的输出，包括配置为输出具有TE0-偏振和TM0-偏振模的光信号的通道型波导。
27.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，还包括绝缘衬底上硅基底，其支撑所述输入波导部分、所述偏振旋转器部分、所述偏振分离器部分和所述输出波导部分。
28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述绝缘衬底上硅基底的顶部硅层厚度为220±20nm。
29.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述输出波导部分包括脊型波导。
30.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述高阶模为TE1模。
31.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述锥脊形脊型波导的所述第一部分的锥形脊的宽度轮廓具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的一些或者全部锥形轮廓的组合。
32.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，所述锥形平板脊型波导的所述第二部分的锥形平板的宽度轮廓具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的一些或全部锥形轮廓的组合。
33.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，从TM0模到TEn模的偏振转换效率配置为在所述锥形脊型波导第二部分的中心附近是更高的，并配置为在所述锥形脊型波导的末端附近是更低的，以便所述锥形脊型波导的锥形脊配置对制造工艺更相容。
34.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述非对称定向耦合器的所述第一分支线包括直的脊型波导。
35.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述非对称定向耦合器的所述第一分支线包括具有递增宽度的锥形脊型波导或具有递减宽度的锥形脊型波导。
36.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述第二分支线的脊为锥形脊，其宽度轮廓具有线性锥形轮廓、指数锥形轮廓、二次幂锥形轮廓，或上述列出的一些或者全部锥形轮廓的组合。
37.根据权利要求36所述的装置，其特征在于，从所述第一分支线中的TEn模到所述第二分支线中的TM0模的绝热耦合效率配置为在所述脊型非对称定向耦合器的中心附近是更高的，并配置为在所述脊型非对称定向耦合器的末端附近是更低的，以便所述脊型非对称定向耦合器的锥形脊配置对制造工艺更相容。
38.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述输出波导的平板配置为锥形，以逐渐耦合TE0-偏振通道-模信号至TE0-偏振脊型-模。
39.一种集成的偏振旋转器-分离器/合成器装置的制造方法，其特征在于，包括：
为所述装置形成绝缘衬底上硅波导；
进行光刻和干法蚀刻工艺以使所述装置形成脊形布图；
进行光刻和干法蚀刻工艺以使所述装置形成平板形布图；及
进行薄膜沉积工艺以使所述装置形成覆层，
其中，所述装置也配置为反向连接，作为偏振旋转器-合成器，包括：
输入波导部分；
偏振旋转器部分；
偏振分离器部分；和
输出波导部分，
其中，所述输入波导部分包括配置为接收具有TE0-偏振和TM0-偏振模光信号的通道型波导，
其中，所述偏振旋转器部分包括锥形脊型波导，其包括：
第一部分，其包括在所述脊型波导各侧的锥形平板，各锥形平板被配置为绝热地从通道模式耦合光信号到脊模式；和
第二部分，其包括在输出侧上具有更大宽度的锥形脊，各锥形脊被配置为旋转光信号的TM0-偏振分量至所述脊型波导的更高阶模TEn，并输出TEn模至所述偏振分离器部分，其中n大于或等于1，并且其中，所述TE0-偏振分量无损地传播并提供给所述偏振分离器部分，
其中，所述偏振分离器部分包括脊型非对称定向耦合器，其包括：
第一分支线，其被连接到所述偏振旋转器部分的输出端，所述第一分支线配置为无损地传播所述TE0分量至所述输出端；和
第二分支线，其设置成平行于所述第一分支线，所述第二分支线的脊宽度配置为匹配其TE0模至所述第一分支线的高阶模TEn，以便所述第一分支线的TEn分量耦合到所述第二分支线，
其中，所述输出波导部分包括两个由宽度递增的间隙隔开的输出波导，包括：
第一输出波导，其包括连接到脊型非对称定向耦合器的第一分支线的输入端；
第二输出波导，其包括连接到所述脊型非对称定向耦合器的第二分支线的输入端；和
间隙，其宽度在两个所述输出波导之间递增，所述间隙配置为抑制两个所述输出波导之间的光耦合，及
所述SOI波导包括SOI基底，其支撑所述输入波导部分、所述偏振旋转器部分、所述偏振分离器部分和所述输出波导部分。
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