CN110187439A - 一种偏振无关分束器 - Google Patents

一种偏振无关分束器 Download PDF

Info

Publication number
CN110187439A
CN110187439A CN201910374206.3A CN201910374206A CN110187439A CN 110187439 A CN110187439 A CN 110187439A CN 201910374206 A CN201910374206 A CN 201910374206A CN 110187439 A CN110187439 A CN 110187439A
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
wave guide
straight wave
beam splitting
polarization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910374206.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110187439B (zh
Inventor
陈鹤鸣
张正嫚
季珂
胡宇宸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Post and Telecommunication University
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Nanjing Post and Telecommunication University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Post and Telecommunication University filed Critical Nanjing Post and Telecommunication University
Priority to CN201910374206.3A priority Critical patent/CN110187439B/zh
Publication of CN110187439A publication Critical patent/CN110187439A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110187439B publication Critical patent/CN110187439B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12147—Coupler
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/1215—Splitter

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明公开了一种偏振无关分束器，包括基底、设于基底上的第一波导和第二波导；所述第一波导包括依次连接的输入波导、第一直波导、第一弯曲波导、第一输出波导；所述第二波导包括依次连接的第二直波导、第二弯曲波导、第二输出波导；所述第一直波导和第二直波导设于耦合区域，两直波导之间设有若干空气孔，形成亚波长结构；入射光从输入波导进入，经第一直波导和第二直波导定向耦合、第一弯曲波导和第二弯曲波导分离，由第一输出波导、第二输出波导输出，实现入射光二分束。本发明在两直波导之间开设若干空气孔，形成亚波长结构，其结构简单、体积小，能够简化制作工艺，降低生产成本。

Description

一种偏振无关分束器
技术领域
本发明涉及一种偏振无关分束器，属于微光学器件技术领域。
背景技术
目前，波导型偏振无关光功率分束器主要有MMI 耦合型、光栅型，绝热耦合型以及定向耦合型。其中，MMI耦合型是利用自镜像原理，使器件长度正好等于两个偏振在MMI耦合器中的自镜像长度的公倍数，因此需要很长的MMI段来满足公倍数的关系，器件尺寸较大；光栅型和绝热耦合型实现偏振无关对制作工艺要求较高，且光栅型结构复杂，而定向耦合型的带宽窄且结构尺寸较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种偏振无关分束器，具有结构简单、体积小等优点。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：1. 一种偏振无关分束器，其特征在于，包括基底、设于基底上的第一波导和第二波导；
所述第一波导包括依次连接的输入波导、第一直波导、第一弯曲波导、第一输出波导；
所述第二波导包括依次连接的第二直波导、第二弯曲波导、第二输出波导；
所述第一直波导和第二直波导设于耦合区域，两直波导之间设有若干的空气孔，形成亚波长结构；
入射光从输入波导进入，经第一直波导和第二直波导定向耦合、第一弯曲波导和第二弯曲波导分离，由第一输出波导、第二输出波导输出，实现入射光二分束。
优选的，各空气孔呈一字排开，所有空气孔大小相同，相邻空气孔之间间距相等。
优选的，所述空气孔的数量至少为16个，半径为0.114~0.12μm，相邻空气孔的间距为0.33~0.39μm。
优选的，所述第一直波导和第二直波导相互平行，两直波导之间的距离为50nm。
优选的，所述第一直波导和第二直波导的长度为5.46~5.5μm。
优选的，所述第一弯曲波导和第二弯曲波导的长度为6μm，弯曲高度为0.6μm。
优选的，所述基底的材料包括二氧化硅。
优选的，所述基底的高度为2μm。
优选的，所述第一波导和第二波导的材料包括硅。
优选的，所述第一波导和第二波导的宽度均为500nm，高度均为220nm
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：在分束器的耦合区域设置两直波导，在两直波导之间开设若干空气孔，形成亚波长结构，可以增强TE模的耦合强度，其结构简单、体积小，能够简化制作工艺，降低生产成本。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的一种偏振无关分束器的结构示意图；
图2为1530-1570μm的TE光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的透射谱，其中灰色线为位于下端的输出波导，黑色线为位于上端的输出波导；
图3为1530-1570μm的TE光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的稳态场强分布图；
图4为1530-1570nm的TM光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的透射谱，其中灰色线为位于下端的输出波导，黑色线为位于上端的输出波导；
图5为1530-1570nm的TM光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的稳态场强分布图；
图中：1、基底；101、耦合区域；201、输入波导；202、第一直波导；203、第一弯曲波导；204、第一输出波导；301、第二直波导；302、第二弯曲波导；303、第二输出波导；4、空气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，是本发明实施例提供的一种偏振无关分束器的结构示意图，包括基底1、设于基底1上的第一波导和第二波导。其中：第一波导包括依次连接的输入波导201、第一直波导202、第一弯曲波导203和第一输出波导204。第二波导包括依次连接的第二直波导301、第二弯曲波导302和第二输出波导303。第一直波导202和第二直波导301设于分束器的耦合区域101，两直波导之间设有若干空气孔4，形成亚波长结构。
入射光从输入波导201进入，经第一直波导202和第二直波导301定向耦合、第一弯曲波导203和第二弯曲波导302分离，由第一输出波导204、第二输出波导303输出，实现入射光二分束。本发明实施例提供的偏振无关分束器，在分束器的耦合区域101设置两直波导，在两直波导之间开设若干空气孔4，形成亚波长结构，其结构简单、体积小，能够简化制作工艺，降低生产成本。
作为本发明的优选实施例，基底1选用二氧化硅材料制成，折射率为1.44，高度为2μm。
第一直波导202和第二直波导301选用硅材料制成，折射率为3.48，宽度为500nm，高度为220nm。第一直波导202和第二直波导301相互平行设置，两直波导之间的距离为50nm，长度均为5.46~5.5μm，具体的，可选5.48μm。
空气孔4设置有16个，呈一字排开，所有空气孔4大小相等，半径大小位于0.114~0.12μm之间，具体可以根据耦合强度调整空气孔4的半径大小。相邻空气孔4之间间距相等，相邻空气孔4的间距取值范围是0.33~0.39μm，优选0.36μm。
第一弯曲波导203和第二弯曲波导302的长度为6μm，高度为0.6μm，两弯曲波导的形状可以为S形，但不限于此，弯曲方向应相反。
由横向耦合理论可知，在相同的耦合区域101中实现完全耦合，TE模需要的耦合长度比TM模的耦合长度长。所以在同一耦合区域101下偏振无关分束难以实现。当在耦合区域101中加入由空气孔4构成的亚波长结构时，通过改变空气孔4的半径可以改变TE模和TM模的耦合长度。当空气孔4半径增大时，TE模的耦合强度增强，TM模的耦合强度减弱；当空气孔4半径减小时，TE模的耦合强度减弱，TM模的耦合强度增强。因此，在两直波导之间设置空气孔4，在确定空气孔4间距的情况下，同时调节空气孔4的半径以及耦合区域101两直波导的耦合长度，仿真选择最优参数，能够使得在同一耦合区域101中实现偏振无关分束成为可能，具体分析如下：
当TE模的入射光从输入波导201进入，经过耦合区域101时会发生定向耦合，第一直波导202中的光场的能量会减少，耦合到第二直波导301中，当到耦合区域101结束时，两波导中光场能量相同，然后分别经过各自弯曲波导分离，从相应的输出波导输出，从而实现二分束。如图2所示，为1530-1570μm的TE光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的透射谱，其中灰色线为输出波导303，黑色线为输出波导204；如图3所示，为1530-1570μm的TE光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的稳态场强分布图。由图2和图3可以看出TE模实现了二分束，且在1550nm处，TE模的额外损耗为0.27dB。
当TM模的入射光从输入波导201进入，经过耦合区域101时会发生定向耦合，耦合区域101下端的直波导中的光场的能量会减少，耦合到耦合区域101上端的直波导中，由于TM模所需要的耦合长度比TE模的耦合长度短，所以在耦合区域101中，TM模先全部耦合到耦合区域101上端的波导，再从耦合区域101上端的波导耦合到耦合区域101下端的波导，使得两个波导的光场能量相同，然后经过弯曲波导分离，后从输出波导输出，从而实现二分束。如图4所示，为1530-1570nm的TM光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的透射谱，其中灰色线为输出波导303，黑色线为输出波导204；如图5所示，为1530-1570nm的TM光束输入后，经过分束器从两个输出波导输出的稳态场强分布图。由图4和图5可以看出TM模实现了二分束，且在1550nm处，TE模的额外损耗为0.55dB。
本发明实施例提供偏振无关分束器，TE模的插入损耗为0.27dB，TM模的插入损耗为0.55dB，具有带宽宽、尺寸小、可集成的优点，在光通信系统、光纤用户网等方面具有广泛的应用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种偏振无关分束器，其特征在于，包括基底、设于基底上的第一波导和第二波导；
所述第一波导包括依次连接的输入波导、第一直波导、第一弯曲波导、第一输出波导；
所述第二波导包括依次连接的第二直波导、第二弯曲波导、第二输出波导；
所述第一直波导和第二直波导设于耦合区域，两直波导之间设有若干的空气孔，形成亚波长结构；
入射光从输入波导进入，经第一直波导和第二直波导定向耦合、第一弯曲波导和第二弯曲波导分离，由第一输出波导、第二输出波导输出，实现入射光二分束。
2.根据权利要求1所述的偏振无关分束器，其特征在于，各空气孔呈一字排开，所有空气孔大小相同，相邻空气孔之间间距相等。
3.根据权利要求1或2所述的偏振无关分束器，其特征在于，所述空气孔的数量至少为16个，半径为0.114~0.12μm，相邻空气孔的间距为0.33~0.39μm。
4.根据权利要求1所述的偏振无关分束器，其特征在于，所述第一直波导和第二直波导相互平行，两直波导之间的距离为50nm。
5.根据权利要求1或4所述的偏振无关分束器，其特征在于，所述第一直波导和第二直波导的长度为5.46~5.5μm。
6.根据权利要求1所述的偏振无关分束器，其特征在于，所述第一弯曲波导和第二弯曲波导的长度为6μm，弯曲高度为0.6μm。
7.根据权利要求1所述的偏振无关分束器，其特征在于，所述基底的材料包括二氧化硅。
8.根据权利要求7所述的偏振无关分束器，其特征在于，所述基底的高度为2μm。
9.根据权利要求1所述的偏振无关分束器，其特征在于，所述第一波导和第二波导的材料包括硅。
10.根据权利要求1所述的偏振无关分束器，其特征在于，所述第一波导和第二波导的宽度均为500nm，高度均为220nm。
CN201910374206.3A 2019-05-07 2019-05-07 一种偏振无关分束器 Active CN110187439B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910374206.3A CN110187439B (zh) 2019-05-07 2019-05-07 一种偏振无关分束器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910374206.3A CN110187439B (zh) 2019-05-07 2019-05-07 一种偏振无关分束器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110187439A true CN110187439A (zh) 2019-08-30
CN110187439B CN110187439B (zh) 2020-11-13

Family

ID=67715750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910374206.3A Active CN110187439B (zh) 2019-05-07 2019-05-07 一种偏振无关分束器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110187439B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112666652A (zh) * 2020-12-26 2021-04-16 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七一七研究所） 一种偏振无关的光功率分束器
CN114488406A (zh) * 2020-11-12 2022-05-13 山东大学 基于多模干涉原理的紧凑型波长复用器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1837873A (zh) * 2005-03-25 2006-09-27 朗迅科技公司 光耦合器装置和方法
JP2011039383A (ja) * 2009-08-17 2011-02-24 Oki Electric Industry Co Ltd 偏波無依存型光波長フィルタ、光合分波素子及びマッハツェンダ干渉器
CN102736174A (zh) * 2012-06-12 2012-10-17 中国科学院半导体研究所 光子晶体定向耦合波导分束器
CN102967898A (zh) * 2012-12-19 2013-03-13 北京邮电大学 一种基于y型结构和弯曲波导集成的光子晶体合波器
CN205941972U (zh) * 2016-08-22 2017-02-08 北京大学 一种偏振分束器
CN107450126A (zh) * 2017-09-07 2017-12-08 北京大学 一种偏振分束器及其设计方法
CN108205172A (zh) * 2016-12-20 2018-06-26 颖飞公司 宽带偏振分束器
CN108227084A (zh) * 2018-01-16 2018-06-29 上海理工大学 一种基于氮化硅波导的偏振无关集成光开关及其制作方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1837873A (zh) * 2005-03-25 2006-09-27 朗迅科技公司 光耦合器装置和方法
JP2011039383A (ja) * 2009-08-17 2011-02-24 Oki Electric Industry Co Ltd 偏波無依存型光波長フィルタ、光合分波素子及びマッハツェンダ干渉器
CN102736174A (zh) * 2012-06-12 2012-10-17 中国科学院半导体研究所 光子晶体定向耦合波导分束器
CN102967898A (zh) * 2012-12-19 2013-03-13 北京邮电大学 一种基于y型结构和弯曲波导集成的光子晶体合波器
CN205941972U (zh) * 2016-08-22 2017-02-08 北京大学 一种偏振分束器
CN108205172A (zh) * 2016-12-20 2018-06-26 颖飞公司 宽带偏振分束器
CN107450126A (zh) * 2017-09-07 2017-12-08 北京大学 一种偏振分束器及其设计方法
CN108227084A (zh) * 2018-01-16 2018-06-29 上海理工大学 一种基于氮化硅波导的偏振无关集成光开关及其制作方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JINBIAO XIAO AND ZHENZHAO GUO: "Ultracompact Polarization-Insensitive Power Splitter Using Subwavelength Gratings", 《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》 *
LU LIU, QINGZHONG DENG, AND ZHIPING ZHOU: "Manipulation of beat length and wavelength dependence of a polarization beam splitter using a subwavelength grating", 《OPTICS LETTERS》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114488406A (zh) * 2020-11-12 2022-05-13 山东大学 基于多模干涉原理的紧凑型波长复用器
CN112666652A (zh) * 2020-12-26 2021-04-16 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七一七研究所） 一种偏振无关的光功率分束器

Also Published As

Publication number Publication date
CN110187439B (zh) 2020-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10371895B2 (en) Spot-size converter for optical mode conversion and coupling between two waveguides
CN105829933B (zh) 波导偏振分离和偏振转换器
US9348086B2 (en) Few-mode optical fibers
CN105093408A (zh) 一种基于模式演变原理的硅基纳米线偏振分束器
CN105068189B (zh) InP基波分‑模分复用少模光通信光子集成发射芯片
CN106405733A (zh) 一种偏振分束‑合束器
CN106461864A (zh) 用于光子集成电路系统的具有小模场直径的光栅耦合器组件
CN102749676B (zh) 一种基于线性锥形多模干涉原理的十字交叉波导
CN106873077B (zh) 一种基于非对称定向耦合器的硅基te模检偏器
US11409044B2 (en) Integrated polarization rotation and splitting using mode hybridization between multple core structures
CN109270627A (zh) 一种基于多模亚波长光栅的偏振不敏感定向耦合器
CN106980153B (zh) 一种基于多模干涉原理的椭圆形十字交叉波导的制作方法
CN106094107A (zh) 一种偏振分束器
CN108508539A (zh) 基于锥形非对称定向耦合器的硅基波分复用器
CN205941972U (zh) 一种偏振分束器
CN107092056A (zh) 一种波分复用/解复用器及其制作方法
CN106959485A (zh) 基于亚波长光栅的定向耦合型tm起偏器及分束器
CN115079345B (zh) 一种基于双锥形非对称定向耦合器型光偏振分束旋转器
CN104834059B (zh) 一种光传输过程中的模式转换方法及装置
CN110187439A (zh) 一种偏振无关分束器
CN107272115A (zh) 一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器
Dalir et al. Spatial mode multiplexer/demultiplexer based on tapered hollow waveguide
CN113391395B (zh) 一种基于贝塞尔曲线渐变型波导的紧凑片上偏振分束旋转器
CN115877506A (zh) 覆盖可见光波段的薄膜铌酸锂端面耦合器及其制备方法
CN114839722A (zh) 一种异构多模波导耦合器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant