CN109471273A - 一种硅基偏振旋转器及其控制光信号偏振态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅基偏振旋转器及其控制光信号偏振态的方法，涉及集成光子学领域。本发明公开的硅基偏振旋转器，包括，依次级联的第一锥形波导结构、非对称定向耦合结构和第二锥形波导结构，所述非对称定向耦合结构包括以设定间距平行设置的两个宽度不同的波导臂，其中，所述非对称定向耦合结构的两个波导臂中宽度较窄的波导臂为第一波导臂，与所述第一锥形波导结构直接连接，宽度较宽的波导臂为第二波导臂，与所述第二锥形波导结构直接连接。
Description
技术领域
本发明涉及集成光子学领域，尤其涉及一种SOI工艺平台上的硅基光子集成偏振旋转器。
背景技术
近年来，由于具有高集成性、CMOS工艺兼容等特性，基于SOI工艺的硅基光子集成技术被认为最有希望实现大规模光子集成，有望在光通信、数据中心、高性能计算机、生物传感、量子信息处理等多个领域发挥重要作用。在硅基光子技术的无源器件中，集成偏振旋转器由于可以实现偏振态的调控，在许多方面都具有重要的意义。
一方面，很多片上硅基光子系统要求工作在单模状态，即要求仅有一种偏振态存在。然而外部输入光不可避免的存在两种方向的偏振态，此时就需要在系统的前端加入偏振旋转器来调控输入的偏振态，从而保证单模工作的条件。另一方面，随着通信速率的提高，人们对于偏振复用技术的需求越来越高，这类系统需要利用偏振旋转器对信号的偏振态进行控制，从而实现偏振复用。另外，在新兴的硅基量子器件中，偏振纠缠对的产生、操作和控制是这类器件的基本任务，因而偏振旋转器在这类器件中发挥着核心作用。可以看出，硅基偏振旋转器在相干光通信、片上光互联、光信号处理中以及量子信息处理上发挥着重要作用，因此该器件一直是人们研究的重点。
目前，对于硅基光波导技术平台上，实现偏振模式旋转的器件，主要基于两种方法。一种方法是基于模式绝热演化的原理，通过逐渐改变光波导截面的几何尺寸比例的方式，例如将截面尺寸为400nm(宽)x 200nm(高)的波导逐渐变化为截面尺寸为200nm(宽)x400nm(高)的波导，输入为TE0模式的就会逐渐旋转为TM0模式输出。反过来则实现TM0模式输入，TE0模式的输出；其存在的问题是，器件需要进行至少两次刻蚀，因而工艺复杂度较高和器件的制造成本也较高。另一种方法则是在波导中引入偏振敏感材料进行辅助，例如在波导侧壁加入金纳米线或铜纳米线等金属材料构成的纳米线，利用金属材料的表面等离子体激元(SPP)效应来实现模式的旋转。这种方法存在的问题是，金属材料的引入增加了加工复杂度，导致器件损耗较大，对工艺的容差较小。
发明内容
本文提供一种硅基偏振旋转器及其控制光信号偏振态的方法，可以解决相关技术中偏振旋转器工艺复杂的问题。
本文公开了一种硅基偏振旋转器，包括，依次级联的第一锥形波导结构、非对称定向耦合结构和第二锥形波导结构，所述非对称定向耦合结构包括以设定间距平行设置的两个宽度不同的波导臂，其中，所述非对称定向耦合结构的两个波导臂中宽度较窄的波导臂为第一波导臂，与所述第一锥形波导结构直接连接，宽度较宽的波导臂为第二波导臂，与所述第二锥形波导结构直接连接；
所述第一锥形波导结构，用于将输入光信号的TE0模式变换为有效折射率与所述非对称定向耦合结构中第二波导臂的TE1和TM0混合模式的有效折射率相同的光信号；
所述非对称定向耦合结构，用于将通过所述第一锥形波导结构变换后的光信号的TE0模式，耦合到非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式中；
所述第二锥形波导结构，用于将耦合到所述非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式的光信号变换到TM0模式输出。
可选地，上述硅基偏振旋转器中，所述第一锥形波导结构的输入侧的宽度大于输出侧的宽度，所述输入侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配，所述第一锥形波导结构的输出侧的宽度与所述非对称定向耦合结构中第一波导臂的宽度相同。
可选地，上述硅基偏振旋转器中，所述第二锥形波导结构的输入侧的宽度小于输出侧的宽度，所述输入侧的宽度与所述非对称定向耦合结构中第二波导臂的宽度相同，所述第二锥形波导结构的输出侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配。
可选地，上述硅基偏振旋转器中，所述第一锥形波导结构和所述第二锥形波导结构的长度分别满足模斑绝热变换的要求。
可选地，上述硅基偏振旋转器中，所述非对称定向耦合结构的第一波导臂为非对称定向耦合结构的输入端，与所述第一锥形波导结构的输出侧直接连接；
所述非对称定向耦合结构的第二波导臂为非对称定向耦合结构的输出端，与所述第二锥形波导结构的输入侧直接连接；所述第二波导臂的TE1模式和TM0模式混合度比值决定所述第二波导臂的宽度。
可选地，上述硅基偏振旋转器中，所述非对称定向耦合结构中两个波导臂之间的设定间距至少小于或等于200nm。
可选地，上述硅基偏振旋转器中，所述非对称定向耦合结构的第一波导臂和第二波导臂的长度相同，所述第一波导臂和第二波导臂的长度满足输入的光信号的TE0模式经过所述非对称定向耦合器输出时，功率全部转移到TE1和TM0混合模式上的要求。
如上所述的硅基偏振旋转器控制光信号偏振态的方法，包括，
光信号输入所述硅基偏振旋转器；
所述光信号以TE0模式首先通过所述硅基偏振旋转器中的第一锥形波导结构，变换为有效折射率与所述非对称定向耦合结构的第二波导臂的TE1和TM0混合模式的有效折射率相同的光信号；
再通过所述非对称定向耦合结构，耦合到所述非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式中；
最后经过所述第二锥形波导结构变换成TM0模式输出。
可选地，上述方法中，所述光信号以TE0模式先通过所述硅基偏振旋转器中的第一锥形波导结构包括：
所述光信号以TE0模式从所述第一锥形波导结构的输入侧输入，从所述第一锥形波导结构的输出侧输出，模斑尺寸发生变换，其中，所述第一锥形波导结构的输入侧的宽度大于输出侧的宽度，所述第一锥形波导结构的输入侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配，输出侧的宽度与所述非对称定向耦合结构的第一波导臂的宽度相同。
可选地，上述方法中，所述再通过所述非对称定向耦合结构，耦合到所述非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式中，包括：
所述光信号通过所述第一锥形波导结构模斑尺寸发生变换后，通过与所述第一锥形波导结构的输出侧直接连接的第一波导臂进入所述非对称定向耦合结构，经过以设定间距平行设置的两个宽度不同的波导臂后，通过与所述第二锥形波导结构的输入侧直接连接的第二波导臂输出，输出光信号耦合到所述非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式；
其中，所述非对称定向耦合结构的第二波导臂的TE1模式和TM0模式混合度比值决定所述第二波导臂的宽度。
可选地，上述方法中，所述最后经过所述第二锥形波导结构变换成TM0模式输出，包括：
从所述非对称定向耦合结构输出的光信号以TE1和TM0混合模式，从所述第二锥形波导结构的输入侧输入，从所述第二锥形波导结构的输出侧输出，变换为TM0模式，其中，所述第二锥形波导结构的输入侧的宽度小于输出侧的宽度，所述第二锥形波导结构的输入侧的宽度与所述非对称定向耦合结构的第二波导臂的宽度相同，输出侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配。
本申请技术方案提出了一种利用SOI技术的硅基偏振旋转器，采用锥形波导级联非对称定向耦合器的器件结构，实现了模式偏振旋转的效果。与现有技术相比，该器件的波导截面结构都选择采用全刻蚀工艺，即仅需要一次刻蚀，节省了制造成本。尤其在1550nm的通信波段，实现了超过100nm的带宽，这种偏振旋转器具有兼容CMOS工艺、结构简单、对工艺要求低、加工制造成本低以及工作带宽大等优点。
附图说明
图1为本发明实施例中硅基偏振旋转器的结构示意图；
图2为本发明实施例中的波导横截面结构示意图；
图3为本发明实施例在不同模式的色散曲线随着宽度的变化图；
图3(a)为本发明实施例经过第一锥形波导结构后光有效折射率变化图；
图3(b)为本发明实施例经过非对称定向耦合结构后光信号100％的模式转换示意图；
图3(c)为本发明实施例经过第二锥形波导结构后光信号宽度渐变到450nm变化图；
图4为本发明实施例下的输出波长为1550nm，输入模式为TM0模式时，波导高度300nm处的光场传输图；
图5为本发明实施例下的工作波长与插入损耗的关系图；
图6为本发明实施例下的工作波长与偏振消光比的关系图；
图7为本发明实施例中硅基偏振旋转器控制光信号偏振态的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文将结合具体实施方式对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
本实施例提供一种硅基偏振旋转器主要包括，第一锥形波导结构、一个非对称定向耦合结构(也可以称为非对称定向耦合器)、第二锥形波导结构，三者为依次级联的关系，如图1所示。其中，非对称定向耦合结构包括以设定间距平行设置的两个长度相同宽度不同的波导臂。为了方便理解，本文将非对称定向耦合结构的两个波导臂中宽度较窄的波导臂称为第一波导臂，宽度较宽的波导臂称为第二波导臂。但此描述不用于限制本申请。
下面介绍本实施例的硅基偏振旋转器的工作原理。
输入光信号的TE0模式通过第一锥形波导结构发生模斑尺寸的变换，变换后的光信号的有效折射率与非对称定向耦合结构中第二波导臂的TE1和TM0混合模式的有效折射率相同；
通过第一锥形波导结构变换后的光信号的TE0模式再通过非对称定向耦合结构，耦合到非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式中后输出；
从非对称定向耦合结构输出的光信号通过第二锥形波导结构变换到TM0模式输出。
可选地，所述的第一锥形波导结构作为输入波导可以通过绝热变换的方式，对输入光信号的TE0模式进行模斑尺寸的变换，以使得输入光的有效折射率与定向耦合器中宽波导(即第二波导臂)中的TE1和TM0混合模式的有效折射率相等，从而实现相位匹配的目的。其中，第一锥形波导结构的输入侧的宽度大于输出侧的宽度。本实施例中，第一锥形波导结构的输入宽度(即第一锥形波导结构的输入侧的宽度)可选择与硅基光子片上系统的标准波导相匹配，以便与现有硅基光子片相兼容。其输出宽度(即第一锥形波导结构的输出侧的宽度)则需要满足当前宽度下的TE0模式能够与后续的非对称定向耦合器中的宽度较宽的一臂(即第二波导臂)中的TE1和TM0混合模式实现有效折射率匹配，即第一锥形波导结构的输出侧的宽度与非对称定向耦合结构的第二波导臂的宽度相同。另外，第一锥形波导的长度一般需要满足模斑绝热变换的要求，建议选择在10μm量级。
可选地，所述非对称定向耦合器(也可称为非对称定向耦合结构)由两个长度相同宽度不相等的波导臂在相隔合适的距离下平行构成，其中，两波导臂的两端对齐。此非对称定向耦合结构需要满足相位匹配的输入光信号通过所述非对称定向耦合器后，全部功率可以几乎无损地从TE0模式耦合到该定向耦合器的TE1和TM0混合模式中。其宽度较宽一臂(第二波导臂)的波导宽度由当前波导截面的色散曲线决定，例如，选取TE1模式和TM0模式混合度接近50％：50％时的宽度。其宽度较窄一臂(第一波导臂)的波导宽度与第一锥形波导输出端的宽度相同。两个波导臂的间距应在满足TE1模式和TM0模式混合度接近50％：50％以及工艺条件的前提下，尽可能的小。另外，非对称定向耦合结构的长度需要满足输入的TE0模式经过非对称定向耦合器输出时，功率正好全部转移到TE1和TM0所构成的混合模式上。要说明的是，第二波导臂的波导宽度由当前波导截面的色散曲线决定的前提是，第一波导臂的波导宽度保持不变。可选地，所述的第二锥形波导作为输出波导可以通过绝热变化的方式，对所述的非对称定向耦合器输出的TE1和TM0的混合模式无损变换到TM0模式并输出。其输出端的波导宽度(即输出端的宽度)可以与硅基光子片上系统的标准波导相匹配。另外，第二锥形波导的长度需要满足模斑绝热变换的要求，一般在10μm量级。
下面结合附图及具体应用说明上述技术方案的实施。
本实施例采用SOI工艺平台上的220nm晶元(wafer)，其波导层的厚度为220nm，下包层材料的二氧化硅的厚度为2μm.对于图1所示的结构图，此实施例中的相应参数为：区域I中的锥形波导(即第一锥形波导结构)的左侧宽度(即第一锥形波导结构的输入侧的宽度)为W1＝450nm，此参数为SOI硅基波导的典型宽度，区域I中的锥形波导的右侧宽度(即输出侧的宽度)为W2＝320nm，总长度L1＝10μm；
区域II中，与区域I波导相接的波导宽度(即非对称定向耦合结构的第一波导臂的宽度)W3＝320nm，长度L2＝13μm；区域II中，与区域III的锥形波导相接的波导宽度(即非对称定向耦合结构的第二波导臂的宽度)W4＝650nm，长度L3＝13μm；区域II中，两个波导的间隔(即非对称定向耦合结构中平行设置的第一波导臂和第二波导臂之间的设定间隔)gap＝200nm，其中，区域II中，两个波导臂不仅长度相同，且平行设置时，两个波导臂的两端对齐；
区域III中锥形波导(第二锥形波导结构)的右侧宽度(即第二锥形波导结构的输入侧的宽度)W5＝450nm，长度L4＝30μm.可以看出，该实例在实际加工制造中，仅需一次刻蚀即可完成。
从硅基波导进入本实施例的结构中的TE0光信号，区域I的锥形结构后，输出为宽度为320nm时的TE0模式，其有效折射率变化如图3(a)所示。此时，输入的TE0模式与宽度为650nm的波导的TM0与TE1模式构成的混合模式满足相位匹配条件(有效折射率相等)。利用区域II的定向耦合结构，处在宽度为320nm的光波导的中的光信号逐渐耦合到宽度为650nm的波导的TM0和TE1的混合模式中，在区域II的输出端实现几乎100％的模式转换，其耦合过程如图3(b)所示。接下来，经过区域III中锥形结构，光信号即可几乎无损地将能量耦合到TM0模式(宽度渐变到450nm)，其过程如图3(c)所示。
上文描述了当TE0模式在结构的端口一(即区域I的输入侧)输入时逐步旋转为TM0模式的详细过程，实现了TE0模式到TM0模式的旋转。类似地，当输入为TM0模式的光信号从结构的端口二(即区域III的输出侧)反向输入时，那么该结构的端口一输出的模式为TE0模式，实现TM0模式到TE0模式的旋转，其详细过程为上述过程的逆过程。
图4给出了当输入光信号的波长为1550nm，输入模式为TE0模式时的光场演化图，直观地说明了当输入光为TE0模式时，光信号如何逐步演化为TM0模式输出。
图5、图6分别给出了该实施例在光通信波段的插损和波长的关系图、偏振消光比与波长的关系图。从图中可以看出，该实施例的插入损耗在1550nm处仅为-0.4dB，在1500nm到1650nm波段的插损波动不超过0.45dB.这充分证明了本发明具有宽带、低损的特性。
本实施例还提供一种硅基偏振旋转器控制光信号偏振态的方法，可依赖上述旋转器实现，如图7所示，主要包括如下操作：
步骤S700：光信号输入至硅基偏振旋转器；
本实施例中，涉及的硅基偏振旋转器可以包括依次级联的第一锥形波导结构、非对称定向耦合结构和第二锥形波导结构，非对称定向耦合结构包括以设定间距平行设置的两个长度相同宽度不同的波导臂，两个波导臂中宽度较窄的波导臂为第一波导臂，宽度较宽的波导臂为第二波导臂；
步骤S701：光信号以TE0模式先通过所述硅基偏振旋转器中的第一锥形波导结构，发生模斑尺寸的变换，变换后的光信号的有效折射率与所述非对称定向耦合结构的第二波导臂的TE1和TM0混合模式的有效折射率相同；
具体地，该步骤分为：
光信号以TE0模式从第一锥形波导结构的输入侧输入，从第一锥形波导结构的输出侧输出，输出的光信号模斑尺寸发生变换，其中，第一锥形波导结构的输入侧的宽度大于输出侧的宽度，第一锥形波导结构的输入侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配，输出侧的宽度与所述非对称定向耦合结构的第一波导臂的宽度相同。
其中，第一锥形波导的长度一般需要满足模斑绝热变换的要求，建议选择在10μm量级。
步骤S702：通过第一锥形波导结构变换后的光信号的TE0模式通过非对称定向耦合结构，耦合到非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式中后输出；
具体地，该步骤可以分为：
光信号通过所述第一锥形波导结构模斑尺寸发生变换后，通过与第一锥形波导结构的输出侧直接连接的第一波导臂进入非对称定向耦合结构，经过以设定间距平行设置的两个宽度不同的波导臂后，通过与第二锥形波导结构的输入侧直接连接的第二波导臂输出，输出光信号耦合到非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式。
其中，第二波导臂的波导宽度(即为宽度)由当前波导截面的色散曲线决定。例如，非对称定向耦合结构的第二波导臂的TE1模式和TM0模式混合度比值决定所述第二波导臂的宽度。另外，非对称定向耦合结构的长度需要满足输入的TE0模式经过非对称定向耦合器输出时，功率正好全部转移到TE1和TM0所构成的混合模式上。
步骤S703：从所述非对称定向耦合结构输出的光信号经过所述第二锥形波导结构变换成TM0模式输出。
具体地，该步骤可以分为：
从非对称定向耦合结构输出的光信号以TE1和TM0混合模式，从第二锥形波导结构的输入侧输入，从第二锥形波导结构的输出侧输出，变换为TM0模式，其中，第二锥形波导结构的输入侧的宽度小于输出侧的宽度，第二锥形波导结构的输入侧的宽度与非对称定向耦合结构的第二波导臂的宽度相同，输出侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配。另外，第二锥形波导的长度需要满足模斑绝热变换的要求，一般在10μm量级。
从上述实施例可以看出，本申请公开的一种利用SOI技术的硅基偏振旋转器及控制光信号偏振态的方法，可以在硅基光波导平台上实现模式旋转功能，以提高工作带宽，降低加工制造复杂度和成本。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种硅基偏振旋转器，包括，依次级联的第一锥形波导结构、非对称定向耦合结构和第二锥形波导结构，所述非对称定向耦合结构包括以设定间距平行设置的两个宽度不同的波导臂，其中，所述非对称定向耦合结构的两个波导臂中宽度较窄的波导臂为第一波导臂，与所述第一锥形波导结构直接连接，宽度较宽的波导臂为第二波导臂，与所述第二锥形波导结构直接连接；
所述第一锥形波导结构，用于将输入光信号的TE0模式变换为有效折射率与所述非对称定向耦合结构中第二波导臂的TE1和TM0混合模式的有效折射率相同的光信号；
所述非对称定向耦合结构，用于将通过所述第一锥形波导结构变换后的光信号的TE0模式，耦合到非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式中；
所述第二锥形波导结构，用于将耦合到所述非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式的光信号变换到TM0模式输出。
2.如权利要求1所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，
所述第一锥形波导结构的输入侧的宽度大于输出侧的宽度，所述输入侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配，所述第一锥形波导结构的输出侧的宽度与所述非对称定向耦合结构中第一波导臂的宽度相同。
3.如权利要求1所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，
所述第二锥形波导结构的输入侧的宽度小于输出侧的宽度，所述输入侧的宽度与所述非对称定向耦合结构中第二波导臂的宽度相同，所述第二锥形波导结构的输出侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配。
4.如权利要求2或3所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，
所述第一锥形波导结构和所述第二锥形波导结构的长度分别满足模斑绝热变换的要求。
5.如权利要求1、2或3所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，
所述非对称定向耦合结构的第一波导臂为非对称定向耦合结构的输入端，与所述第一锥形波导结构的输出侧直接连接；
所述非对称定向耦合结构的第二波导臂为非对称定向耦合结构的输出端，与所述第二锥形波导结构的输入侧直接连接；所述第二波导臂的TE1模式和TM0模式混合度比值决定所述第二波导臂的宽度。
6.如权利要求5所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，
所述非对称定向耦合结构中两个波导臂之间的设定间距至少小于或等于200nm。
7.如权利要求5所述的硅基偏振旋转器，其特征在于，
所述非对称定向耦合结构的第一波导臂和第二波导臂的长度相同，所述第一波导臂和第二波导臂的长度满足输入的光信号的TE0模式经过所述非对称定向耦合器输出时，功率全部转移到TE1和TM0混合模式上的要求。
8.如权利要求1所述的硅基偏振旋转器控制光信号偏振态的方法，包括，
光信号输入所述硅基偏振旋转器；
所述光信号以TE0模式首先通过所述硅基偏振旋转器中的第一锥形波导结构，变换为有效折射率与所述非对称定向耦合结构的第二波导臂的TE1和TM0混合模式的有效折射率相同的光信号；
再通过所述非对称定向耦合结构，耦合到所述非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式中；
最后经过所述第二锥形波导结构变换成TM0模式输出。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光信号以TE0模式先通过所述硅基偏振旋转器中的第一锥形波导结构包括：
所述光信号以TE0模式从所述第一锥形波导结构的输入侧输入，从所述第一锥形波导结构的输出侧输出，模斑尺寸发生变换，其中，所述第一锥形波导结构的输入侧的宽度大于输出侧的宽度，所述第一锥形波导结构的输入侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配，输出侧的宽度与所述非对称定向耦合结构的第一波导臂的宽度相同。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述再通过所述非对称定向耦合结构，耦合到所述非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式中，包括：
所述光信号通过所述第一锥形波导结构模斑尺寸发生变换后，通过与所述第一锥形波导结构的输出侧直接连接的第一波导臂进入所述非对称定向耦合结构，经过以设定间距平行设置的两个宽度不同的波导臂后，通过与所述第二锥形波导结构的输入侧直接连接的第二波导臂输出，输出光信号耦合到所述非对称定向耦合结构的TE1和TM0混合模式；
其中，所述非对称定向耦合结构的第二波导臂的TE1模式和TM0模式混合度比值决定所述第二波导臂的宽度。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，
所述最后经过所述第二锥形波导结构变换成TM0模式输出，包括：
从所述非对称定向耦合结构输出的光信号以TE1和TM0混合模式，从所述第二锥形波导结构的输入侧输入，从所述第二锥形波导结构的输出侧输出，变换为TM0模式，其中，所述第二锥形波导结构的输入侧的宽度小于输出侧的宽度，所述第二锥形波导结构的输入侧的宽度与所述非对称定向耦合结构的第二波导臂的宽度相同，输出侧的宽度与硅基光子片上系统的标准波导的宽度相匹配。
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