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