CN111149029B - 制造容差和宽带偏振分路器和旋转器 - Google Patents

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Abstract

一种偏振分路器旋转器包括：基板；形成在基板中的初级贯通波导(WG1)，其在底部区域(110)上方具有定制的锥形顶部区域(108)；形成在基板中的具有定制主体形状的次级交叉波导(WG2)；以及位于初级贯通波导(WG1)和次级交叉波导(WG2)之间的间隙(102)。定制的锥形顶部区域(108)迫使TM模式转换为TE模式并交叉进入次级交叉波导(WG2)。

Description

制造容差和宽带偏振分路器和旋转器
交叉引用
本申请要求于2017年7月27日提交的美国临时申请第62/537,786号的优先权，通过具体引用将该临时申请作为整体结合在此。
背景技术
除非本文另有说明，否则本文描述的材料不是本申请中权利要求的现有技术，并且由于包含在本部分中而不能承认其是现有技术。
偏振分路器旋转器(PSR)可以用作Si和Si/SiN混合平台上的光子集成电路(PIC)的有用部件。集成光学装置和电路通常对偏振敏感，通常仅设计用于TE模式。这样，输入光的TM模式可被转换为TE模式。偏振不敏感电路可以使用高性能PSR将TE/TM输入光的组合分离和旋转为仅TE光。
通常，输入的光可以同时包括TM模式和TE模式，但是当耦合到PIC时，优选TE模式。将TE和TM分离，并将TM转换为TE，并将两者都提供给以相同偏振操作的相同装置。以前，PSR装置可包括Si/SiN混合平台，其Si基板上方有SiO2区域，而SiO2区域则具有与Si波导分开的SiN波导(通过SiO2光耦合)。在一个选择中，可以将TM模式从TE模式中分离出来，然后旋转以将分离的TM模式转换为TE模式。另一个选择是在偏振旋转装置(PR)中将TM模式转换为更高模式的TE(TE01)，并在肋波导结构中进行转换，在偏振分离器(PS)中将TE01与TE分离，然后在第二个波导中将TE01转换为TE00。然而，由于复杂的模式转换和设计，这些方法具有有限的制造公差、较小的带宽和较低的消光比，这可能是不利的。
本文所要求保护的主题不限于解决上述任何缺点或仅在诸如上述环境中操作的实施方式。而是，提供此背景仅用于说明可以实践本文描述的一些实施方式的技术领域的一个示例。
发明内容
在一些实施方式中，偏振分路器旋转器(PSR)可包括：基板；形成在基板中的初级贯通波导，所述初级贯通波导具有贯通第一端，所述贯通第一端具有贯通第一宽度和贯通第一厚度，所述初级贯通波导具有贯通主体，所述贯通主体具有从贯通第一端延伸至贯通第二端的加宽锥度，所述贯通第二端具有大于贯通第一宽度的贯通第二宽度，所述贯通第二端的至少一部分具有小于贯通第一厚度的贯通第二厚度，贯通主体具有朝着贯通第二端延伸的顶部和延伸至贯通第二端的底部，所述底部具有从贯通第一端至贯通第二端的加宽锥度，所述顶部具有从贯通第一端朝向贯通第二端的变窄锥度，暴露出底部的表面，底部的暴露表面具有从贯通第一端朝向贯通第二端的加宽锥度；形成在基板中的次级交叉波导，所述次级交叉波导具有交叉第一端，所述交叉第一端具有交叉第一宽度和交叉厚度，所述次级交叉波导具有交叉主体，所述交叉主体具有从交叉第一端延伸至交叉第二端的加宽锥度，所述交叉第二端具有大于交叉第一宽度的交叉第二宽度，所述交叉第二端具有所述交叉厚度；以及初级贯通波导和次级交叉波导之间的间隙。
PSR可具有各种配置。在一些方面，PSR具有间隙，该间隙具有从贯通第一端和交叉第一端之间的间隙第一端至贯通第二端和交叉第二端之间的间隙第二端的大体恒定的宽度。在一些方面，所述基板是SiO2。在一些方面，初级贯通波导是Si。在一些方面，次级交叉波导是Si。在一些方面，初级贯通波导是SiN。在一些方面，次级交叉波导是SiN。在一些方面，初级贯通波导具有“L”形截面轮廓。在一些方面，次级交叉波导具有矩形截面轮廓，其交叉第一宽度大于交叉厚度。在一些方面，初级贯通波导的顶部具有从顶表面延伸至底部的暴露表面的蚀刻面。在一些方面，蚀刻面在贯通第一端与贯通第二端之间是线性的。在一些方面，蚀刻面在贯通第一端与贯通第二端之间是凹形的。在一些方面，蚀刻面在贯通第一端与贯通第二端之间是凸形的。在一些方面，蚀刻面从顶表面至暴露表面是平坦的。在一些方面，蚀刻面终止于贯通第二端的拐角处。在一些方面，蚀刻面在最靠近次级交叉波导的一侧的贯通第一端与贯通第二端之间终止。在一些方面，蚀刻面终止于贯通第二端的拐角之间。在一些方面，蚀刻面起始于贯通第一端的离次级交叉波导最远的拐角处。在一些方面，蚀刻面起始于贯通第一端的拐角之间。在一些方面，蚀刻面起始于离次级交叉波导最远的一侧的贯通第一端和贯通第二端之间。
在一些实施方式中，一种将TM模式光转换成TE模式光的方法可包括：将具有TE模式和TM模式的光输入到初级贯通波导的贯通第一端，使得TM模式与初级贯通波导交叉并且转换成第二TE模式并进入次级交叉波导，其中TE模式通过初级贯通波导传播到贯通第二端，并且第二TE模式从交叉点通过次级交叉波导传播到交叉第二端。在一些方面，输入光具有约1.3微米至约1.55微米的波长，在该波长附近具有约300-500微米的宽带。
在一些实施方式中，一些实施方式的形成PSR的方法包括：形成基板；蚀刻基板以形成第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽均具有第一端和第二端；在第一凹槽和第二凹槽中沉积波导材料；以及在第一凹槽中选择性地蚀刻波导材料以形成初级贯通波导，并且在第二凹槽中选择性地蚀刻波导材料以形成次级交叉波导。在一些方面，所述方法可包括在初级贯通波导的暴露表面上方和次级交叉波导上方用材料填充第一凹槽和第二凹槽。
在一些实施方式中，光子集成电路(PIC)可包括：至少一些实施方式的PSR；分离器，所述分离器具有与所述初级贯通波导光学耦合的贯通波导和与所述次级交叉波导光学耦合的交叉波导；和平板至条带模式转换器(STSMC)，其具有与所述分离器的贯通波导光学耦合的贯通STSMC并且具有与所述分离器的交叉波导光学耦合的交叉STSMC。在一些方面，分离器的贯通波导和交叉波导均具有贯通第二厚度。在一些方面，分离器的贯通波导具有S形弯曲。在一些实施方式中，贯通STSMC和交叉STSMC可具有：具有贯通第二厚度的第一加宽锥度；在第一加宽锥度之后的具有贯通第二厚度的第一主体区域；第一变窄锥度，其包括具有贯通第二厚度的第一叉；具有贯通第二厚度的第二叉；和位于第一叉和第二叉之间的凸起的加宽锥形条带，所述凸起的加宽锥形条带具有贯通第一厚度；在第一变窄锥度之后的具有贯通第一厚度的第二主体区域；和在第二主体区域之后的具有贯通第一厚度的第二变窄锥度。
在一些实施方式中，平板至条带模式转换器(STSMC)可包括：贯通STSMC；交叉STSMC；以及位于贯通STSMC和交叉STSMC之间的间隙。在一些实施方式中，贯通STSMC和交叉STSMC具有：具有贯通第二厚度的第一加宽锥度；在第一加宽锥度之后的具有贯通第二厚度的第一主体区域。贯通STSMC和交叉STSMC可包括第一变窄锥度，所述第一变窄锥度具有：具有贯通第二厚度的第一叉；具有贯通第二厚度的第二叉；和位于第一叉和第二叉之间的凸起的加宽锥形条带，所述凸起的加宽锥形条带具有贯通第一厚度。贯通STSMC和交叉STSMC可包括在第一变窄锥度之后的具有贯通第一厚度的第二主体区域。贯通STSMC和交叉STSMC可包括在第二主体区域之后的具有贯通第一厚度的第二变窄锥度。
前述概述仅是说明性的，并不意在任何方式进行限制。除了上述说明性方面、实施方式和特征之外，通过参照附图和以下详细描述，进一步的方面、实施方式和特征将变得显而易见。
附图说明
从以下结合附图的描述和所附权利要求书中，本公开内容的前述和以下信息以及其他特征将变得更加显而易见。应当理解，这些附图仅描绘了根据本公开内容的几个实施方式，因此，不应被认为是对其范围的限制，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述本公开内容。
图1示出了PSR装置的实施方式，该PSR装置具有通过间隙分开的初级贯通波导WG1和次级交叉波导WG2。
图1A示出了初级贯通波导WG1与次级交叉波导WG2分开的实施方式。
图1B-1H示出了PSR装置的不同实施方式。
图2A至图2E示出了制备PSR装置的方法的实施方式，其中该视图是示出第一端的端视图。
图2F示出了在光从PSR出射的入口侧和出口侧之间的中途的截面轮廓的实施方式。
图2G示出了PSR的出口侧的实施方式，其中在蚀刻时顶部108已经被完全去除，使得顶部是如图所示的三角形。
图3A-3D示出了制备图1-1B的PSR装置的方法的实施方式，其中该视图是示出第一端的端视图。
图4是示出在沿着存在光传播方向的光锥的任一方向(第一端至第二端，根据图1的布置)在长度上的有效折射率的图。
图4A示出了在TM输入(左侧)和TE输入(左侧)以及TM交叉进入WG2的初级贯通波导(WG1)和次级交叉波导(WG2)中的光传播。
图4B显示来自入口(左侧)的TE通过PSR停留在TE中，然后被提供至右侧所示的S带，在该处其向下弯曲。
图5A是显示与针对：初级贯通波导(WG1)中的TE；初级贯通波导(WG1)中的TM；次级交叉波导(WG2)中的TM；和次级交叉波导(WG2)中的TE的锥形长度相比，在初级贯通波导和次级交叉波导之间具有250nm间隙的PSR装置的传输数据的图。
图5B是显示与针对：初级贯通波导(WG1)中的TE；初级贯通波导(WG1)中的TM；次级交叉波导(WG2)中的TM；和次级交叉波导(WG2)中的TE的锥形长度相比，在初级贯通波导和次级交叉波导之间具有350nm间隙的PSR装置的传输数据的图。
图6示出了具有PSR以及平板至条带模式转换器(STSMC)的光子集成电路(PIC)的实施方式，STSMC具有贯通STSMC和交叉STSMC。
图6A示出了贯通STSMC的实施方式，然而，应当认识到，它也可以指交叉STSMC，因为在一些实施方式中它们可以是相同的。
图7是示出TE模式或TM模式的转换效率与针对图6A中所示的STSMC的锥形长度的关系的图。
图8示出了根据本文所述的至少一个实施方式布置的解复用器系统的实施方式。
附图中所示的部件和特征是根据本文描述的实施方式中的至少一个来布置的，并且可以由本领域的普通技术人员根据本文提供的公开内容来修改该布置。
具体实施方式
在下面的具体实施方式中，参照构成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指出，否则相似的符号通常标识相似的部件。在具体实施方式、附图和权利要求中描述的说明性实施方式并不意味着是限制性的。在不背离本文提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施方式，并且可以进行其他改变。容易理解的是，可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计如本文一般地描述的以及在附图中示出的本公开内容的各方面，所有这些都被明确地构想在本文中。
一般而言，本技术涉及包括低损耗、宽带偏振分路器和旋转器(PSR)的偏振分集光子集成电路(PIC)。根据本文的公开内容，可以以明显的制造公差来制备PIC，以允许更容易地制造成能够被配置为分离TE和TM模式光的功能正常的PSR。
因此，该技术包括具有彼此分离的两个锥形波导的PIC，其中初级波导(例如，TE和TM模式)也是锥形且部分蚀刻的波导。当锥形且部分蚀刻的初级波导(例如，贯通波导)与次级锥形波导(例如，交叉波导)相邻且分开放置时，可导致TM模式转换为TE模式并交叉进入次级锥形波导，以实现TM模式到TE模式的直接转换。初级和次级波导被设计成对输入到初级波导中的TM模式光具有相位匹配条件，以使该TM模式光转换为TE模式光，交叉进入次级波导中，并从次级波导获得作为TE模式光的输出。输入到初级波导的TE模式光仍然局限在初级波导中，并且可以作为从初级波导输出的TE光而被接收。
用于初级波导和次级波导的锥形波导设计允许高效的TM-TE模式转换，并且同时防止将TE模式输入到初级波导中而耦合到交叉次级波导。然而，应当认识到，部分蚀刻的初级波导可有助于将TE模式输入保持在初级波导中。
初级和次级波导的设计允许制造中的变化，从而允许小尺寸变化，同时仍然获得TM到TE的转换以及从初级波导到次级波导的转换。人们认为，小的波导尺寸变化可仅在沿锥度发生TM到TE模式转换的地方改变，并且因此使得具有这些初级和次级波导的装置容忍任何制造误差。即，微小的变化不会显著改变TM到TE模式的转换或TM到交叉次级波导的交叉。类似地，可以在沿锥度的某处满足相位匹配条件，以便可以将宽范围的波长输入到初级波导中，以确保显著的宽带工作。
除了提高设计和制造过程中的制造公差以及使用宽带光的能力外，如本文所述配置的主波导和辅助波导的组合通过增加进入初级波导的输入光的TM模式与从交叉次级波导输出的TE模式之间的模式重叠来提供更高的模式转换效率。因此，初级波导和次级波导的组合允许薄的和厚的Si或SiN波导平台。
在一个实施方式中，初级波导和次级波导的组合可被配置成在薄的和厚的波导平台上实现改善的制造公差。这允许在不显著改变或降低性能的情况下发生较小的误差。
在一个实施方式中，初级波导和次级波导的组合允许从初级波导向交叉次级波导挤压TM模式。此外，将TM模式转换到交叉次级波导以及次级波导中约束较少的TE模式的转换使得能够实现较高的TM到TE模式的转换效率。
已经发现，初级波导和次级波导的组合允许快速的TM到TE模式转换。这样，TM模式光在转换为TE模式光之前经过的较短距离减小了装置长度，因此，初级波导和次级波导可以较短。另外，快速模式转换允许初级波导和次级波导之间的间隙更大或更小。因此，该配置减少了在初级波导和次级波导之间的小间隙的需求，从而允许更大的间隙，这进一步允许变化和改进的制造公差。
初级波导和次级波导的组合及其协同配置允许宽带。人们认为宽带可能是由于初级波导和次级波导之一或两者的锥形设计。另外，由于具有单级TM到TE模式转换的简单设计，因此协作配置允许低损耗。
PSR可以是用于Si和Si/SiN混合平台上的光子集成电路(PIC)的部件。集成光学装置和电路对偏振敏感，通常仅设计用于TE模式。偏振不敏感电路需要高性能的PSR以将TE/TM输入光的组合分离并旋转为仅TE光。合适的PSR的目标可包括：良好的制造公差；宽带；高消光比；和低损耗。注意，本文描述的PSR满足这些目标。
一方面，初级贯通波导的部分蚀刻(例如，主体具有如图所示的“L”形的宽度和高度平面的截面轮廓)允许破坏垂直对称以用于TE和TM之间的模式耦合，这需要打破水平和垂直对称。该配置允许PSR装置具有更薄的波导。此外，该设计在从入口到出口的两个波导上具有加宽的锥度，因为锥度可以提供宽带功能并且还允许大的制造公差。较长的波长将在较早的区域(靠近输入)具有相位匹配条件，而较短的波长将在稍后的位置(远离输入)具有相位匹配条件。锥度允许沿锥度的相位匹配条件，这使该装置成为宽带。类似地，如果波长改变，则相位匹配将仅沿着锥度移动以找到沿着锥度的相位匹配位置，并且仍然存在耦合。这允许良好的制造公差。
在一个实施方式中，组合的初级贯通波导和次级交叉波导允许更大范围的尺寸，诸如宽度、厚度和长度、以及锥度和部分蚀刻配置。即，本配置不限于薄波导(例如，约200nm的厚度)，而是可以更厚，诸如300nm或更厚至600nm的厚度。增加的尺寸还允许增加的宽度。
图1示出了具有通过间隙102分开的初级贯通波导WG1和次级交叉波导WG2的PSR装置100。光源(带有TE、TM的入口箭头)与初级贯通波导WG1光学耦合以提供具有TE模式和TM模式的光，如图所示。TE模式横穿初级贯通波导WG1到达第二端106(出口)，而TM模式横穿次级交叉波导WG2并转换为TE模式，其中在第二端114(出口)处获得TE模式。
图1A示出了与次级交叉波导WG2分离的初级贯通波导WG1，从而可以观察到相对尺寸。初级贯通波导WG1包括具有宽度W1和厚度Th1的第一端104，所述第一端104与具有较大宽度W2和较小厚度Th2的第二端106成锥形。初级贯通波导WG1的顶部108具有三角形轮廓(在宽度和长度平面上)，该三角形轮廓由于部分蚀刻而与底部110不同。这样，顶部108可以在第一端104处具有相同的宽度W1，但是在第二端106处几乎不具有宽度或0宽度。因此，由于选择性蚀刻，初级贯通波导WG1的厚度Th2小于Thl。初级贯通波导WG1的顶部在第一端104处可具有厚度Th3，在第二端106处可具有厚度Th4。厚度Th3和Th4可以相同，或者可选地稍微不同。底部110可具有贯穿整个长度的厚度Th2。通常，Th2和Th4的组合具有与Th1相同的厚度。
次级交叉波导WG2包括具有宽度W3和厚度Th5的第一端112，所述第一端112与具有较大宽度W4和厚度Th6的第二端114成锥形。厚度Th5和Th6可以相同，或可选地稍微不同。而且，厚度Th2可以与厚度Th5(和Th6)相同。
图1B示出了间隙102，其在第一端116处具有宽度W5，在第二端118处具有宽度W6。宽度W5可以大于、等于或小于宽度W6。图1B还示出了顶部108的蚀刻面120是线性的或笔直的以形成三角形的顶部108。
图1C示出了蚀刻面120可以是弯曲的，诸如相对于间隙102是凸形的。图1D示出了蚀刻面120相对于间隙102是凹形的。图1E示出了蚀刻面120终止于第二端106处的一区域，使得顶部108是四边形而非三角形。图1F示出了蚀刻面120在第一端104和第二端106之间的间隙102处终止，以将顶部108形成为较小的三角形，其中蚀刻面120没有到达第二端106。因此，蚀刻面120和顶部108可以具有不同的形状，诸如笔直或弯曲，如图所示基本上为三角形，或者具有不同的端点，所述端点可以在第二端106的拐角处(图1B)、在第二端106内(图1E)、或在第一端104与第二端106之间的间隙102内(图1F)。图1G示出了间隙102从第一端116到第二端118具有变窄的锥度，使得W5大于W6。图1H示出了间隙从第一端116到第二端118具有加宽的锥度，使得W5小于W6。尽管未示出，但是蚀刻面120可以具有其他形状，诸如多个角、多条曲线、凸形和凹形、波浪形或其他形状或其任意组合。选择性蚀刻可以允许多种形状。
图2A-2E示出了制备图1-图1B的PSR装置100的方法，其中该视图是示出光进入的第一端的端视图。图2A示出了形成的层200，诸如Si波导层、SiO2、或Si基板或其他类型的层。图2B示出了层200被蚀刻以形成两个凹槽，即用于初级贯通波导WG1的第一凹槽202和用于次级交叉波导WG2的第二凹槽204。图2C示出了凹槽202、204被波导材料206填充至限定水平，凹槽202、204可以如图所示被部分地填充或被完全填充。图2D示出了在每个凹槽202、204中选择性地蚀刻波导材料206，以形成具有如图1-1B所示的相对尺寸和形状的初级贯通波导WG1和次级交叉波导WG2。图2E示出了可以与基板200的材料相同或不同的覆盖材料208(诸如SiO2)填充凹槽202、204，凹槽202、204可以如图所示被部分地填充或被完全填充。可以执行额外的其他工序以在PSR装置100中提供其他区域。注意，图2D的蚀刻可以是两阶段蚀刻或部分蚀刻，以获得如本文所示的初级贯通波导WG1和次级交叉波导WG2的尺寸和形状。
注意，图2A-2E示出了光进入PSR 100的入口侧。图2F示出了光从PSR100出射的入口侧和出口侧之间的中途的截面轮廓。图2G示出了PSR 100的出口侧，其中在蚀刻时顶部108已经被完全去除，使得顶部108是如图所示的三角形。
在一个实施方式中，初级贯通波导入口侧及其顶部是高波导。然后，使用部分蚀刻，将初级贯通波导的一部分和次级交叉波导的整体蚀刻下来，使其较短。因此，初级贯通波导的输入侧是高波导，其厚度比次级交叉波导大；然而，从上方观察时，部分蚀刻导致顶部为三角形或其他锥形，使得从入口侧到出口侧的宽度变小，与入口侧相比，出口侧变为更薄的平板波导。蚀刻次级交叉波导，使得与初级贯通波导的入口相比，整个次级交叉波导更薄。该处理和塑形可以减小对初级贯通波导和次级交叉波导的限制，使得穿过其中的光可以具有较小的限制，从而光可以在两个不同的波导之间具有更多的重叠。结果，耦合将更快。另一个结果是，TM模式倾向于限制在较高的波导部分，因此当TM传播到次级交叉波导时，TE模式将保持在初级贯通波导中。另一方面，TM模式将在物理上更靠近次级交叉波导的该较高区域变窄时被挤压。结果，TM模式与次级交叉波导有较好的耦合以转换为TE模式。这也将提高耦合效率。
图3A-3D示出了制备图1-1B的PSR装置100的方法，其中该视图是示出第一端(例如，光通常进入的位置)的端视图。图3A示出了形成的基板300，然后形成SiO2层302，然后形成Si波导层304。图3B示出了蚀刻波导层304以形成两个波导，即用于初级贯通波导WG1的第一波导306和用于次级交叉波导WG2的第二波导308。图3C示出了波导306、308被选择性地蚀刻(例如，部分蚀刻)，以便形成具有如图1-1B所示的相对尺寸和形状的初级贯通波导WG1和次级交叉波导WG2。图3D示出了覆盖材料310，其可以与SiO2层302相同，形成如图所示用于波导的包层。可以执行额外的其他工序以在PSR装置100中提供其他区域。
本文提供的初级贯通波导和次级交叉波导的配置允许在宽范围尺寸内制备任一个波导。这允许实质上任何可加工的厚度，诸如本文提供的厚度。因此，可以执行具有初级贯通波导和次级交叉波导模式的PSR的设计，以计算从一端到另一端的模式，诸如混合模式。图4的数据(或类似设计的相关数据)可用于这种计算。如图4所示，沿着锥度的任一方向(从第一端到第二端，按照图1的布置)都存在光传播方向。在光输入侧，基本模式的折射率较高。对于高折射率模式，TE模式位于初级贯通波导的输入端，其中TE模式将保留在折射率最高的波导中(例如，具有较大的宽度)，以便TE模式从输入到输出始终停留在初级贯通波导中，如图4中的TE(WG1)所示，即模式1。图4中的模式2是在TM(WG1)图形左侧的输入到初级贯通波导中的TM，并显示了TM通过初级贯通波导传播，直到由于初级贯穿波导顶部的部分蚀刻和三角形形状而使得折射率模式变小而达到模式转换为止，从而出现次级交叉波导的宽度从其输入到输出逐渐增加，使得TM交叉并转换为TE，然后以TE模式传播通过次级交叉波导。次级交叉波导中的折射率增加，以允许TM转换为TE模式并以TE模式传播通过次级交叉波导。在交叉点，来自初级贯通波导的TM模式的光将耦合至次级交叉波导的TE模式。在交叉期间，光穿过间隙(例如，氧化硅)。在图4中，输入在左侧，输出在右侧，并且交叉点取决于光的波长，因此宽带对于每个波长都有一个交叉点。在图4中，模式4是次级交叉波导中的TM模式，它显示了没有耦合或模式转换的高阶模式。模式3示出了两种模式的混合，并且混合模式作为彼此耦合的两种模式传播。
初级贯通波导和次级交叉波导的组合允许PSR发挥本文所述的作用。与次级交叉波导相比，初级贯通波导在入口处具有更大的厚度(例如，高度)和更小的宽度，并且由于在顶部区域形成三角形的加宽锥度和部分蚀刻，初级贯通波导的输出侧比初级贯通波导的输入侧具有更小的厚度(例如，高度)和更大的宽度。次级交叉波导的输出侧具有比次级交叉波导的输入侧更大的宽度，但是从输入到输出可以具有相同的厚度(例如，高度)。
初级贯通波导和次级交叉波导的组合允许PSR固有地包括旋转器方面，以将TM模式转换为TE模式。在某种程度上，垂直对称和水平对称被破坏允许TM直接耦合到TE，TE作为旋转器。顶部形状的配置用作耦合的旋转器。
如本文所述，波导的第一端(例如，入口侧)的厚度和宽度可以在限定范围内变化，该范围可以彼此相关并且可以与波导的第二端(例如，出口侧)的厚度和宽度相关。尺寸可以由平台定义，可以是Si或SiN。
对于Si，初级贯通波导在第一端(例如，入口侧)处的厚度(例如，高度)可以在150nm至500nm、或200nm至400nm、或250nm至350nm的范围内，或大约300nm，或这些值之间的任何范围。由于在Si时部分蚀刻和去除了初级贯通波导的顶部，因此第二端(例如，出口)的厚度(例如，高度)可以是初级贯通波导的第一端的厚度的25％至75％，或初级贯通波导的第一端的厚度的33％至66％，或初级贯通波导的第一端的厚度的约50％。对于Si，初级贯通波导在第一端(例如，入口侧)处的宽度总是大于厚度，诸如至少大125％、150％、200％或300％。初级贯通波导在第一端(例如，入口侧)处的宽度的示例可以在200nm至1000nm、或300nm至800nm、或400nm至600nm的范围内，或大约500nm，或者这些值之间的任何范围。初级贯通波导的第二端(例如，出口)的宽度总是比初级贯通波导的第一端(例如，入口)的宽度宽，这样第二端(例如，出口)可以比初级贯通波导的第一端(例如，入口)的宽度大125％、150％、200％、或300％。初级贯通波导在第二端(例如，出口侧)处的宽度的示例可以在250nm至1200nm、或350nm至1000nm、或450nm至800nm的范围内，或大约600nm，或者这些值之间的任何范围。对于Si，次级交叉波导在第一端(例如，入口侧)处的厚度(例如，高度)与初级贯通波导的第二端(例如，出口)的厚度(例如，高度)相同或基本相同(例如，在1％、2％、5％、10％以内等)。这样，由于在Si时的部分蚀刻，次级交叉波导的第一端(例如，入口)处的厚度(例如，高度)可以是初级贯通波导的第一端的厚度的25％至75％，或者是初级贯通波导的第一端的厚度的33％至66％，或者是初级贯通波导的第一端的厚度的50％。在一个示例中，次级交叉波导在第一端(例如，入口)处的厚度(例如，高度)可以在从35nm至375nm、或从66nm至264nm、或从75nm至200nm的范围内，或大约125nm，或这些值之间的任何范围。然而，应该认识到，这些只是示例，其值可能会发生变化。此外，次级交叉波导的厚度可以与从次级交叉波导的第一端(例如，入口)到第二端(例如，出口)的距离相同。对于Si，次级交叉波导在第一端(例如，入口侧)处的宽度可以变化，并且可以大于、等于或小于初级贯通波导的第一端(例如，入口)的宽度。然而，对于Si，次级交叉波导在第二端(例如，出口侧)处的宽度必须小于初级贯通波导的第二端(例如，出口)的宽度。
对于Si，两个波导的长度可以彼此基本相同，并且可以基于设计而变化。长度的示例可以是从0.75mm至2.5mm、1mm至2.25mm、或1.75mm至2mm、或大约2mm。在一种选择中，长度可以小至100至200微米，从而可以在100微米至2mm、或200微米至2mm的范围内。
对于Si，间隙宽度也可以变化。例如，初级贯通波导和次级交叉波导之间的间隙宽度可以在从100nm至600nm、从200nm至500nm、从300nm至400nm的范围内、或大约350nm。
对于SiN，在所有位置的尺寸都比上述在Si中的尺寸大。SiN可以在与Si尺寸相同的位置具有高达125％、高达150％、高达175％、高达200％(尺寸的两倍)或高达250％(例如，尺寸的2.5倍)的尺寸。
对于SiN，两个波导的长度可以彼此基本相同，并且可以基于设计而变化。长度的示例可以是从0.75mm至2.5mm、1mm至2.25mm、或1.75mm至2mm、或大约2mm。在一种选择中，长度可以小至200微米至2mm，从而可以在200微米至2mm、或400微米至3mm的范围内。
当SiN时，间隙宽度也可以变化，但是可以与对于Si相同。例如，当SiN时，初级贯通波导和次级交叉波导之间的间隙宽度可以在从100nm至600nm、从200nm至500nm、从300nm至400nm的范围内，或大约350nm。然而，SiN时的间隙宽度可以大于Si时的间隙宽度，从而与Si时的宽度相比可以为120％至190％，或者与Si时的宽度相比可以为140％至180％，或者与Si时的宽度相比约为150％。通常，SiN时的宽度小于Si时的宽度的两倍。
图4A示出了对于TM输入(左侧)和TE输入(左侧)在初级贯通波导(WG1)和次级交叉波导(WG2)中的光传播。图4A示出了从入口(左侧)的TM从WG1挤压到WG2，在WG2处转换为可以在出口(例如，右侧)处获得的TE光。图4B示出了来自入口(左侧)的TE通过PSR停留在TE中，然后提供给右侧所示的S带，并向下弯曲。此S带如图6所示，其中初级贯通波导与次级交叉波导分开。图4A和图4B示出了模式转换以及从初级贯通波导到次级交叉波导的交叉。
图5A是显示与针对：初级贯通波导(WG1)中的TE；初级贯通波导(WG1)中的TM；次级交叉波导(WG2)中的TM；和次级交叉波导(WG2)中的TE的锥形长度相比，在初级贯通波导和次级交叉波导之间具有250nm间隙的PSR装置的传输数据的图表。数据显示了耦合。初级贯通波导(WG1)中的TE保留在其中。初级贯通波导(WG1)中的TM减小并转换为次级交叉波导(WG2)中的TE。这表明输入到初级贯通波导中的TM光被转换为TE光，然后交叉到次级交叉波导中。该图显示了光线在WG1中以TM模式进入，然后在WG2中作为TE输出，这显示了转换效率。X轴是PSR的长度，因此在此特定设计中，长度约为2毫米长的锥度，以使TE和TM具有良好的转换或耦合。数据显示TE和TM的效率均超过99％，消光比大于30dB。TE模式的两个输出之间的比率是TE的消光比。类似地，意图从WG2输出从TM模式到TE模式的转换，但是WG1仍然保留一些TM光，因此这两者之间的比率将是TM模式的消光比。对于TM和TE两者，消光比均大于约30dB，这是有利的。其他设计的消光比通常为15-20dB。图5B显示了间隙为350nm时的相似数据，这表明具有良好的制造公差，允许在尺寸和参数上有较大的变化，如本文所述。这表明由于在250nm至350nm之间的性能相同，因此即使可以很好地容忍较小的误差，也可以容易地制造该装置，则较小的误差(例如20-30nm)也将提供相同的(例如，相似的)性能。
图中的数据还表明，将TM模式与约束较少的TE模式一起朝次级交叉波导挤压，可实现高模式转换效率。波导越薄，模式的约束越少，可用于耦合至另一个波导。类似地，PSR提供了更好的模式重叠转换效率，从而实现了更快的模式转换，这可以减少锥形波导的长度，也可以在波导之间留出更大的间隙。由于输入到初级贯通波导中的TE主要留在初级贯通波导内而没有损耗，因此损耗也很低。
输入到PSR中的波长可以是约1.26微米至约1.67微米，或约1.55微米。PSR的配置允许在1.31微米至约1.5或约1.55微米的波长范围内形成300-500微米的波段。这提供了宽带。
如现有技术中已知的，PSR可以用在PIC装置中。
在一个实施方式中，PSR可以与波导连接(例如，耦合或集成)以使尺寸回到完整厚度(例如，与初级贯通波导中的输入相同)。这可以在平板至条带模式转换中完成，如图6所示。
图6示出了具有PSR 602和平板至条带模式转换器(STSMC)604的PIC600，STSMC604具有贯通STSMC 604a和交叉STSMC 604b。深色区域示出了整个高度，且浅色区域示出了部分蚀刻的高度，其可以具有本文所述的尺寸。PSR 602可以如本文所述进行制备和确定尺寸，其中输出耦合至将初级贯通波导(WG1)与次级交叉波导(WG2)分开的分离器区域606。分离器区域606的输出被输入到STSMC 604中。波导(WG1和WG2)周围的区域可以与间隙材料相同，诸如氧化硅(SiO2)。
初级贯通波导WG1被示出为具有入口波导608，该入口波导608将光输入到第一端104中，其中TE模式横穿初级贯通波导WG1到达第二端106。第二端106耦合至与S形弯曲612连接的初级贯通波导分离器入口610。S形弯曲612与初级贯通波导分离器出口614连接。初级贯通波导分离器出口614连接至贯通STSMC加宽锥度618的贯通STSMC入口616。贯通STSMC加宽锥度618连接至具有基本恒定尺寸的贯通STSMC波导620。贯通STSMC波导620连接至贯通STSMC变窄锥度622。贯通STSMC变窄锥度622具有部分蚀刻的部分，其厚度Th2被分成第一贯通叉624a和第二贯通叉624b，在它们之间具有凸起的锥形贯通条带626。凸起的锥形贯通条带626具有钝的通孔625和膨胀的锥度，直到到达主贯通条带区域628。主贯通条带区域628延伸，直到到达与具有贯通条带出口634的贯通条带出口区域632连接的变窄的锥形贯通条带630。
次级交叉波导WG2不具有将光输入到第一端112中的入口波导。相反，第一端112不接收输入光。取而代之的是，来自初级贯通波导WG1的TM模式交叉并转换为TE模式，然后穿过次级交叉波导WG2到达第二端114。第二端114耦合至次级交叉波导分离器入口650，次级交叉波导分离器入口650与分离器引导件652连接，分离器引导件652被示出为笔直的，但是它可以是S形弯曲或具有其他弯曲，正如S形弯曲612可以是直的或具有其他曲率一样，只要S形弯曲区域612或分离器引导件652之一用于将初级贯通波导WG1与次级交叉波导WG2分开即可。分离器引导件652与次级交叉波导分离器出口654连接。次级交叉波导分离器出口654连接至交叉STSMC加宽锥度658的交叉STSMC入口656。交叉STSMC加宽锥度658连接至具有基本恒定尺寸的交叉STSMC波导660。交叉STSMC波导660连接至交叉STSMC变窄锥度662。交叉STSMC变窄锥度662具有部分蚀刻的部分，其厚度Th2被分成第一交叉叉664a和第二交叉叉664b，二者之间具有凸起的锥形交叉条带666。凸起的锥形交叉条带666具有钝的交叉入口665和膨胀的锥度，直到到达主交叉条带区域668。主交叉条带区域668延伸，直到到达连接至具有交叉条带出口674的交叉条带出口区域672的变窄的锥形交叉条带670。
图6A示出了贯通STSMC 604a，然而，应当认识到，它也可以称为交叉STSMC，因为在一些实施方式中它们可以是相同的。深色表示全高Thl(例如，对于SiN为600nm)，浅色表示具有Th2的部分蚀刻(例如，对于SiN为350nm)。在STSMC下方是STSMC 604a的不同区域的高度轮廓。如图所示，不同区域具有其尺寸，这是SiN实施方式的一个示例。应当认识到，尺寸可以不同，例如对于Si实施方式而言较小。变窄的锥形贯通条带630可以是第一锥度T1，STSMC变窄锥度622可以是第二锥度T2，STSMC加宽锥度618可以是第三锥度T3，全部来自条带出口632。如图所示，当T2的锥度长度大于40微米时，STSMC提供TE模式到TE模式的耦合，耦合效率为约99％。第一锥度T1可具有20微米的长度。
在图6A中，宽截面的宽度为3μm；625的宽度为0.18μm；628的宽度为2μm；634的宽度为0.7μm。
这样，STSMC允许使波导带达到全厚度Th1。部分蚀刻部分Th2耦合至全厚度波导Th1而没有耦合损耗，这可以被认为是绝热耦合。凸起的锥形条带626的锥度可以针对TE模式进行优化，因此，由于在波导的该区域中仅存在TE模式，因此从部分蚀刻的波导到全厚度波导的模式必须具有良好的转换效率。
图7显示了图6A中所示的STSMC的TE模式或TM模式的转换效率。这样，可以看出，如上所述，耦合效率为约99％。
应该认识到，STSMC与PSR和分隔器一起是PIC的一部分。PIC可具有本领域已知的其他部件。此外，STSMC可以可操作地耦合到来自贯通STSMC出口和交叉STSMC出口的出口光纤。
应该认识到，PSR可以反向用作组合器，也可以如图所示用作分离器。
在一个实施方式中，任何波导可包括SiO2包层，其中具有波导以及间隙的主体可以是SiO2。
在一个实施方式中，初级贯通波导与次级交叉波导绝热耦合。
在一个实施方式中，PIC可包括解复用器，例如图8所示。图8示出了根据本文描述的至少一个实施方式布置的解复用器系统800的示例性实施方式。可以在具有图1或图6-6A的PSR以及分离器和STSMC的Si PIC中实现一些或全部解复用器系统800。解复用器系统800包括如图所示配置的偏振分路器旋转器802(以下称为“PSR 802”)、第一波分复用(WDM)解复用器(demux)804、第二WDM解复用器806、第一光电转换器808、第二光电转换器810和加法器812(为简单起见仅示出其中之一)。在图8中用椭圆表示附加的加法器812。应注意，PSR802可包括图6-6A中的PSR、分离器和STSMC。
解复用器系统800中的PSR 802包括输入802A以及第一输出802B和第二输出802C(一个是贯通波导，一个是交叉波导)。在一些实施方式中，第一WDM解复用器804和第二WDM解复用器806可以与PSR 802的贯通和交叉波导形成在Si PIC的同一层中。
输入802A可包括第一波导的第一端，第一输出802B可包括第一波导的第二端，第二输出802C可包括第二波导的第二端。在输入上，PSR 802可以接收输入光束815，该输入光束815包括具有两个正交偏振(例如，TE偏振和TM偏振)的N通道光信号(例如，具有N个波长通道λ1、λ2、λ3、…...、λn的复用光信号)。输入光束815可以根据偏振分路，其中具有TE偏振的输入光束815的一部分通常从第一输出802B或第二输出802C输出，并且具有TM偏振的输入光束815的一部分通常被转换成TE偏振并从第二输出802C或第一输出802B中的另一个输出。
输入光束815的包括TE和TM偏振的部分可以不考虑它们的实际偏振而分别称为TE通道和TM通道，但是在PSR 802的第一和第二输出处都是TE。也就是说，TM通道的偏振被PSR802旋转，以使其进入带有TM偏振的PSR802，并离开带有TE偏振的PSR 802，但是即使现在是TE，它仍可以称为TM通道，因为它起源于TM模式。
根据输入到第一WDM解复用器804或第二WDM解复用器806的光的偏振，第一WDM解复用器804和第二WDM解复用器806的每一个可以被优化和/或特定用于两个偏振中的一个。在示例性实施方式中，TE通道和TM通道二者(例如，在转换后的TE模式中)可以以TE偏振离开PSR 802，使得第一WDM解复用器804和第二WDM解复用器806可以被优化或特定用于TE偏振。在这些和其他实施方式中，第一WDM解复用器804和第二WDM解复用器806的每一个可包括具有或不具有偏振相关滤波器功能的Echelle光栅。
第一WDM解复用器804包括光耦合到PSR 802的第一输出802B的输入816。类似地，第二WDM解复用器806包括光耦合到PSR 802的第二输出802C的输入818。
第一WDM解复用器804额外地包括光耦合到第一光电转换器808的输出822。类似地，第二WDM解复用器806还包括光耦合到第二光电转换器810的输出824。第一光电转换器808和第二光电转换器810可各自包括至少N个PN二极管、雪崩光电二极管(APD)或其他合适的光接收器。
加法器812电耦合至第一光电转换器808和第二光电转换器810的输出，其中每个加法器812电耦合至第一光电转换器808中的相应一个的输出并且耦合至第二光电转换器810中的相应一个的输出。具体地，对于i＝1至N，加法器812中的第i个可电耦合至第一光电转换器808中的第i个和第二光电转换器810中的第i个，以将第一光电转换器808中的第i个的电输出与第二光电转换器810中的第i个的电输出相加，以产生第i个组合电输出828。
在图8中，在操作中，第一WDM解复用器804可以从PSR 802的第一输出802B接收输入光束815的TM通道，并且可以将其解复用为被输出至第一光电转换器808的N个不同的波长通道λ1、λ2、λ3、......、λN。第一光电转换器808可各自输出表示在第一光电转换器808的相应一个处接收的N个不同波长通道中的相应一个的电信号。此外，第二WDM解复用器806可以从PSR 802的第二输出802C接收输入光束815的TE通道，并且可以将其解复用为被输出至第二光电转换器810的N个不同的波长通道λ1、λ2、λ3、......、λN。第二光电转换器810可各自输出表示在第二光电转换器810的相应一个处接收的N个不同波长通道中的相应一个的电信号。
然后加法器812可以组合来自第一光电转换器808和第二光电转换器810的适当输出，以生成表示在PSR 802的输入802A处接收的来自输入光束815的第i个波长通道的第i个组合电信号828。特别地，第i个组合电信号828中的第一个(或第二个、或第三个、或第N个)包括表示由第一WDM解复用器804输出的N个不同波长通道中的第一个(或第二个、或第三个、或第N个)的第一光电转换器808中的第一个(或第二个、或第三个、或第N个)的电输出和表示由第二WDM解复用器806输出的N个不同波长通道中的第一个(或第二个、或第三个、或第N个)的第二光电转换器810中的第一个(或第二个、或第三个、或第N个)的电输出之和。
通过将TE通道与TM通道分开(转换为TE模式)，将每个通道彼此单独地解复用，然后用加法器812添加相应的通道，图8的解复用器系统800可以消除或至少显著地减少具有偏振相关滤波功能的WDM解复用器中可能出现的通道串扰。
与Si PIC偏振分路器相关的各种考虑因素和参数在'066专利中进行了描述，并且也可以适用于PSR，诸如PSR 802。将讨论这些考虑因素和参数中的一些摘要，然后至少讨论一个示例PSR。
对于本文披露的该过程和其他过程和方法，可以以不同的顺序来实现在这些过程和方法中执行的操作。此外，所概述的操作仅作为示例提供，并且在不背离所披露的实施方式的实质的情况下，一些操作可以是可选的、组合为较少的操作、被消除、补充有进一步的操作、或扩展为附加的操作。本公开内容不限于本申请中描述的特定实施方式，其旨在作为各个方面的说明。在不脱离其精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变型。根据前面的描述，除了本文所列举的方法和设备之外，在本公开内容范围内的功能上等效的方法和设备都是可能的。这样的修改和变型旨在落入所附权利要求的范围内。本公开内容仅由所附权利要求的条款以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来限制。本文所使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，而无意于进行限制。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据情况和/或应用将复数转换为单数和/或将单数转换为复数。为了清楚起见，可以在本文中明确地阐述各种单数/复数置换。
本领域技术人员将理解，通常，本文中，尤其是在所附权利要求中使用的术语(例如，所附权利要求的主体)通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括”应当应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包含”应解释为“包含但不限于”等)。本领域技术人员将进一步理解的是，如果引入的权利要求表述的特定数量是有意的，则该意图将在权利要求中明确表述，并且在没有该表述的情况下，不存在该意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可以包含介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用，以引入权利要求表述。然而，此类短语的使用不应解释为暗示由不定冠词“一”或“一个”引入的权利要求表述将任何包含这种引入的权利要求表述的特定权利要求限制为仅包含一个此类表述的实施方式，即使在同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词，诸如“一”或“一个”(例如，“一”和/或“一个”应解释为“至少一个”或“一个或多个”)；使用用于引入权利要求表述的定冠词也是如此。此外，即使明确列举了引入的权利要求表述的具体数量，本领域技术人员也将认识到，这种表述应至少理解为所表述的数量(例如，没有其他修饰词的“两个表述”的无修饰表述是指至少两个表述，或两个或更多个表述。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的约定(convention)的那些情况下，通常这样的结构的意图是本领域技术人员将理解所述约定的意义(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”将包括但不限于具有只有A、只有B、只有C、A+B、A+C、B+C和/或A+B+C等的系统)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的约定的那些情况下，通常这样的结构的意图是本领域技术人员将理解所述约定的意义(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”将包括但不限于具有只有A、只有B、只有C、A+B、A+C、B+C和/或A+B+C等的系统)。本领域技术人员还应当理解的是，几乎表示两个或多个可选术语的任何析取性(disjunctive)单词和/或短语，无论在说明书、权利要求书或附图中，应该被理解为设想包括术语中的之一、术语中的任一或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”应当被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
此外，当本公开内容的特征或方面被以马库什组的方式进行描述时，本领域技术人员将会认识到，本公开内容还因此被以所述马库什组的任何个体成员或成员的亚组进行描述。
如本领域技术人员应当理解的是，为了任何及所有目的，如就提供书面描述而言，本文中披露的所有范围还包括任何及所有可能的子范围及其子范围的组合。任何列出的范围可以被容易地识别为充分描述并使该相同的范围被分解为至少相等的二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为一个非限制性的例子，本文所讨论的每个范围可容易地分解成下三分之一、中间三分之一和上三分之一等。如本领域技术人员还应当理解的是，所有语言如“高达”、“至少”等包括所记载的数量，并且指可以被随后分解成如上所讨论的子范围的范围。最后，如本领域技术人员应当理解的是，范围包括每个个体成员。因此，例如，具有1-3个单元的组是指具有1个、2个或3个单元的组。类似地，具有1-5个单元的组是指具有1个、2个、3个、4个或5个单元的组，等等。
根据前述内容，将理解的是，出于说明的目的已经在本文中描述了本公开内容的各种实施方式，并且在不背离本公开内容的范围和精神的情况下可以进行各种修改。因此，本文所披露的各种实施方式并非旨在进行限制，真实的范围和精神由所附权利要求书示出。
本文所引用的所有参考文献均通过具体引用作为整体结合在此。本申请与2016年8月2日授权的美国专利第9,405,066号(以下称为'066专利)相关。通过引用将'066专利作为整体结合在此。

Claims (23)

1.一种偏振分路器旋转器(PSR)，包括：
基板；
形成在所述基板中的初级贯通波导，所述初级贯通波导具有贯通第一端、贯通主体和贯通第二端，所述贯通第一端具有贯通第一宽度和贯通第一厚度，所述贯通主体具有从所述贯通第一端延伸至所述贯通第二端的加宽锥度，所述贯通第二端具有大于所述贯通第一宽度的贯通第二宽度，所述贯通第二端的至少一部分具有小于所述贯通第一厚度的贯通第二厚度，所述贯通主体具有朝着所述贯通第二端延伸的顶部并且具有延伸至所述贯通第二端的底部，所述底部具有从所述贯通第一端至所述贯通第二端的加宽锥度，所述顶部具有从所述贯通第一端朝向所述贯通第二端的变窄锥度，从而暴露出所述底部的表面，所述底部的暴露表面具有从所述贯通第一端朝向所述贯通第二端的加宽锥度，所述贯通第一端配置成接收具有TE模式和TM模式的输入光，所述初级贯通波导配置成将所述TE模式传播到所述贯通第二端；
形成在所述基板中的次级交叉波导，所述次级交叉波导具有交叉第一端、交叉主体和交叉第二端，所述交叉第一端具有交叉第一宽度和交叉厚度，所述交叉主体具有从所述交叉第一端延伸至所述交叉第二端的加宽锥度，所述交叉第二端具有大于所述交叉第一宽度的交叉第二宽度，所述交叉第二端具有所述交叉厚度，所述次级交叉波导配置成接收与所述初级贯通波导交叉的所述TM模式并且配置成将所述TM模式转换成传播到所述交叉第二端的第二TE模式；以及
位于所述初级贯通波导和所述次级交叉波导之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述间隙具有从所述贯通第一端与所述交叉第一端之间的间隙第一端至所述贯通第二端与所述交叉第二端之间的间隙第二端大体上恒定的宽度。
3.根据权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述基板是SiO2。
4.根据权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述初级贯通波导是Si。
5.根据权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述次级交叉波导是Si。
6.根据权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述初级贯通波导是SiN。
7.根据权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述次级交叉 波导是SiN。
8.根据权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述初级贯通波导在第一端和第二端之间的中间位置处在宽度和高度平面中具有“L”形截面轮廓。
9.根据权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述次级交叉波导具有矩形截面轮廓，其中所述交叉第一宽度大于所述交叉厚度。
10.根据权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述初级贯通波导的所述顶部具有蚀刻面，所述蚀刻面从顶表面延伸至所述底部的所述暴露表面。
11.根据权利要求10所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述蚀刻面在所述贯通第一端至所述贯通第二端之间是线性的。
12.根据权利要求10所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述蚀刻面从所述顶表面至所述暴露表面是平坦的。
13.根据权利要求10所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述蚀刻面终止于所述贯通第二端的拐角处。
14.根据权利要求10所述的偏振分路器旋转器(PSR)，其中所述蚀刻面起始于所述贯通第一端的离所述次级交叉波导最远的拐角处。
15.一种将TM模式光转换成TE模式光的方法，包括：
提供权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)；以及
将具有TE模式和TM模式的输入光输入到所述初级贯通波导的所述贯通第一端，使得所述TM模式与所述初级贯通波导交叉并且转换成第二TE模式并进入所述次级交叉波导，其中所述TE模式通过所述初级贯通波导传播到所述贯通第二端，并且所述第二TE模式从交叉点通过所述次级交叉波导传播到所述交叉第二端。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述输入光具有1.3微米至1.55微米的波长，在所述波长附近具有300-500微米的宽带。
17.一种形成权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)的方法，所述方法包括：
形成基板；
蚀刻所述基板以形成第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽均具有第一端和第二端；
在所述第一凹槽和所述第二凹槽中沉积波导材料；以及
在所述第一凹槽中选择性地蚀刻所述波导材料以形成所述初级贯通波导，并且在所述第二凹槽中选择性地蚀刻所述波导材料以形成所述次级交叉波导。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在所述初级贯通波导的所述暴露表面上方和所述次级交叉波导上方用材料填充所述第一凹槽和所述第二凹槽。
19.一种光子集成电路(PIC)，包括：
权利要求1所述的偏振分路器旋转器(PSR)；
分离器，所述分离器具有与所述初级贯通波导光学耦合的贯通波导和与所述次级交叉波导光学耦合的交叉波导；以及
平板至条带模式转换器(STSMC)，所述平板至条带模式转换器(STSMC)具有与所述分离器的所述贯通波导光学耦合的贯通平板至条带模式转换器(STSMC)并且具有与所述分离器的所述交叉波导光学耦合的交叉平板至条带模式转换器(STSMC)。
20.根据权利要求19所述的光子集成电路(PIC)，其中所述分离器的所述贯通波导和所述交叉波导均具有所述贯通第二厚度。
21.根据权利要求19所述的光子集成电路(PIC)，其中所述分离器的所述贯通波导具有S形弯曲。
22.根据权利要求19所述的光子集成电路(PIC)，其中所述贯通平板至条带模式转换器(STSMC)和所述交叉平板至条带模式转换器(STSMC)各自具有：
具有所述贯通第二厚度的第一加宽锥度；
在所述第一加宽锥度之后的具有所述贯通第二厚度的第一主体区域；
第一变窄锥度，所述第一变窄锥度包括：
具有所述贯通第二厚度的第一叉；
具有所述贯通第二厚度的第二叉；和
位于所述第一叉和所述第二叉之间的凸起的加宽锥形条带，所述凸起的加宽锥形条带具有所述贯通第一厚度；
在所述第一变窄锥度之后的具有所述贯通第一厚度的第二主体区域；和
在所述第二主体区域之后的具有所述贯通第一厚度的第二变窄锥度。
23.根据权利要求19所述的光子集成电路(PIC)，包括：
位于所述贯通平板至条带模式转换器(STSMC)和所述交叉平板至条带模式转换器(STSMC)之间的间隙。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018102464A2 (en) * 2016-11-29 2018-06-07 Finisar Corporation Adiabatic polarization rotator-splitter
IT201700047081A1 (it) * 2017-05-02 2018-11-02 St Microelectronics Srl Guida d'onda ottica, dispositivo di accoppiamento e procedimento corrispondenti
GB2578583B (en) * 2018-10-30 2020-11-18 Rockley Photonics Ltd Optoelectronic modulator, photonic integrated circuit, and method
US11320720B2 (en) 2019-10-21 2022-05-03 Honeywell International Inc. Integrated photonics mode splitter and converter
US11079542B2 (en) 2019-10-21 2021-08-03 Honeywell International Inc. Integrated photonics source and detector of entangled photons
US11199661B2 (en) 2019-10-21 2021-12-14 Honeywell International Inc. Integrated photonics vertical coupler
JP2021131447A (ja) * 2020-02-19 2021-09-09 沖電気工業株式会社 光波長フィルタ
CN112180508B (zh) * 2020-09-25 2021-06-04 江南大学 一种片上集成基于硅基波导的tm0-tm3模序数转换器
US11609379B2 (en) * 2020-10-21 2023-03-21 Globalfoundries U.S. Inc. Structures for managing light polarization states on a photonics chip
CN112230338B (zh) * 2020-10-29 2022-09-02 西安邮电大学 一种基于反向双锥非对称耦合器的超宽带片上偏振分束旋转器
US11698491B2 (en) 2021-07-28 2023-07-11 Cisco Technology, Inc. Simultaneous polarization splitter rotator
CN113885131B (zh) * 2021-10-20 2024-04-16 苏州海光芯创光电科技股份有限公司 一种用于横磁模阶数转换的模式转换器及其制造方法
WO2024057982A1 (ja) * 2022-09-16 2024-03-21 京セラ株式会社 光集積回路素子

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1580839A (zh) * 2003-08-05 2005-02-16 昭和电线电缆株式会社 光分路波导
CN100362394C (zh) * 2002-10-30 2008-01-16 麻省理工学院 基于空间结构螺旋特性的集成光学偏振转换器
CN202934344U (zh) * 2012-10-18 2013-05-15 福州新易制模有限公司 一种cnc数控机床自动化流水线系统
CN103336330A (zh) * 2013-07-05 2013-10-02 中国科学院半导体研究所 一种基于非对称垂直狭缝波导的偏振旋转器
CN104049300A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 国际商业机器公司 用于光学偏振分路旋转器的前端制程集成的材料结构
CN105223647A (zh) * 2015-11-04 2016-01-06 江苏尚飞光电科技有限公司 一种偏振分束旋转器及其设计方法
WO2016007882A1 (en) * 2014-07-11 2016-01-14 Acacia Communications, Inc. Low-loss waveguide transition
CN105378526A (zh) * 2013-06-27 2016-03-02 株式会社藤仓 偏振变换元件
WO2016134323A1 (en) * 2015-02-19 2016-08-25 Coriant Advanced Technology, LLC Integrated polarization splitter and rotator
CN106068471A (zh) * 2014-03-07 2016-11-02 斯考皮欧技术有限公司 定向半导体波导耦合器
CN106104335A (zh) * 2014-03-05 2016-11-09 日本电信电话株式会社 偏振旋转回路
CN106164724A (zh) * 2014-04-03 2016-11-23 株式会社藤仓 基板型光波导路元件、偏振复用4值相位调制器、相干接收机以及偏振分集
JP6069439B1 (ja) * 2015-08-25 2017-02-01 沖電気工業株式会社 偏波識別素子
CN107111056A (zh) * 2014-11-11 2017-08-29 菲尼萨公司 两级绝热耦合的光子系统

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4491810A (en) * 1983-01-28 1985-01-01 Andrew Corporation Multi-port, multi-frequency microwave combiner with overmoded square waveguide section
US7228015B2 (en) 2002-10-30 2007-06-05 Massachusetts Institute Of Technology Integrated optic polarization converter based on structural chirality
US7095920B1 (en) * 2003-02-11 2006-08-22 Little Optics Inc Broadband optical via
US7565041B2 (en) 2007-10-26 2009-07-21 Infinera Corporation Symmetric optical circuit with integrated polarization rotator
US8948549B2 (en) 2012-11-27 2015-02-03 Teraxion Inc. Polarization rotator assembly including a subwavelength composite portion
US9122006B1 (en) * 2013-02-27 2015-09-01 Aurrion, Inc. Integrated polarization splitter and rotator
CN105264414B (zh) * 2013-06-07 2018-11-30 日本电气株式会社 波导模式转换器、偏振分束器和光学装置
US8855449B1 (en) * 2013-08-13 2014-10-07 Aurrion, Inc. Adiabatic waveguide polarization converter
JP5773552B2 (ja) * 2013-09-20 2015-09-02 沖電気工業株式会社 光素子の製造方法及び光素子
CN104793342B (zh) * 2014-01-22 2017-05-03 菲尼萨公司 偏振相关损耗补偿器
CN106662709A (zh) * 2014-09-30 2017-05-10 株式会社藤仓 基板型光波导元件及基板型光波导元件的制造方法
JP6394285B2 (ja) * 2014-10-31 2018-09-26 富士通株式会社 光導波路、スポットサイズ変換器及び光装置
KR101656183B1 (ko) * 2015-04-21 2016-09-09 인하대학교 산학협력단 평면 도파로 집적형 비가역 편광 회전기
CN106483601B (zh) * 2015-08-25 2019-10-01 南京中兴新软件有限责任公司 一种偏振分束器
US9989702B2 (en) * 2015-11-24 2018-06-05 International Business Machines Corporation Polarization rotator for silicon photonics
CN105652372B (zh) * 2016-01-21 2018-11-02 浙江大学 一种偏振分束-旋转器

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100362394C (zh) * 2002-10-30 2008-01-16 麻省理工学院 基于空间结构螺旋特性的集成光学偏振转换器
CN1580839A (zh) * 2003-08-05 2005-02-16 昭和电线电缆株式会社 光分路波导
CN202934344U (zh) * 2012-10-18 2013-05-15 福州新易制模有限公司 一种cnc数控机床自动化流水线系统
CN104049300A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 国际商业机器公司 用于光学偏振分路旋转器的前端制程集成的材料结构
CN105378526A (zh) * 2013-06-27 2016-03-02 株式会社藤仓 偏振变换元件
CN103336330A (zh) * 2013-07-05 2013-10-02 中国科学院半导体研究所 一种基于非对称垂直狭缝波导的偏振旋转器
CN106104335A (zh) * 2014-03-05 2016-11-09 日本电信电话株式会社 偏振旋转回路
CN106068471A (zh) * 2014-03-07 2016-11-02 斯考皮欧技术有限公司 定向半导体波导耦合器
CN106164724A (zh) * 2014-04-03 2016-11-23 株式会社藤仓 基板型光波导路元件、偏振复用4值相位调制器、相干接收机以及偏振分集
WO2016007882A1 (en) * 2014-07-11 2016-01-14 Acacia Communications, Inc. Low-loss waveguide transition
CN107111056A (zh) * 2014-11-11 2017-08-29 菲尼萨公司 两级绝热耦合的光子系统
WO2016134323A1 (en) * 2015-02-19 2016-08-25 Coriant Advanced Technology, LLC Integrated polarization splitter and rotator
JP6069439B1 (ja) * 2015-08-25 2017-02-01 沖電気工業株式会社 偏波識別素子
CN105223647A (zh) * 2015-11-04 2016-01-06 江苏尚飞光电科技有限公司 一种偏振分束旋转器及其设计方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
，Wesley D. Sacher等.Polarization rotator-splitters in standard active silicon photonics platforms.《 Optics Express 》.2014,第22卷(第4期), *
A fabrication-tolerant SOI polarization splitter-rotator with cascaded MMI couplers and an assisted bi-level taper;Jing Wang等;《Asia Communications and Photonics Conference 2014》;20141114;全文 *
Jing Wang等.Novel ultra-broadband polarization splitter-rotator based on mode-evolution tapers and a mode-sorting asymmetric Y-junction.《Optics Express 》.2014,第22卷(第11期), *
Ultra-Broadband Polarization Splitter-Rotator Based on the Mode Evolution in a Dual-Core Adiabatic Taper;Yanlong Yin等;《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》;20170601;第35卷(第11期);全文 *

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