CN111247478A - 集成法拉第旋转器 - Google Patents

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亚历山大·彼得罗夫
德科·杰拉斯
米克·哈杰恩
蒂莫·阿尔托
曼弗雷德·艾希
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Abstract

本发明涉及光波导部件，例如法拉第旋转器及其制造。提供了基于硅波导(40)的法拉第旋转器，其中该波导(40)具有平行于外部施加的磁场(Bbias)的折叠或缠绕的部分(41a)。

Description

集成法拉第旋转器
技术领域
本发明涉及法拉第旋转器及其制造。更具体地，本发明涉及基于受磁场影响的磁/光学材料的法拉第旋转器。集成法拉第旋转器是集成光学的突破，因为它们能够使集成光隔离器和光环行器得以实现。
背景技术
光隔离器在电信领域具有重要的应用，其防止光纤电缆上的反射信号产生无用信号。当使用激光时，隔离器也很重要，因为反射光可能会对激光本身的运行造成破坏。最重要的是，光隔离器和光环行器是光网络的关键的构建模块。
在过去的几年中，已经进行了相当大的努力以将非互易部件引入集成光子电路。要实现任何光隔离器，都需要打破互易性，这使光沿一个方向通过，但会严重削弱沿相反方向传播的反射光。非互易性已通过非线性效应、通过时间相关的电光调制以及最常见地通过磁光效应引入到集成光子系统中。尽管所有尝试最终都会实现非互易器件，但仍然缺乏隔离器或环形器的实际实施方式。
对于非线性器件，通常较低的非线性效应以及对高功率泵浦源的需求给片上集成带来了主要问题。依赖于电光效应的隔离器需要繁琐的与空间和时间相关的调制方案，到目前为止，其仅被表明在抑制比不足的情况下工作。具有强磁光活性的材料被证明很难引入集成光子电路中。这些材料要么显示出非常低的效果，要么显示出太高的光学损耗，或者引起其他问题，例如硅与磁光材料之间的晶格失配。
对于具有磁光活性的材料，迈克尔·法拉第(Michael Faraday)在1845年观察到，穿过平行于静磁场的物质而传播的线性偏振光会经历偏振面的旋转。偏振面的这种旋转称为法拉第旋转，最常见的是通过将磁光活性材料(例如，铁石榴石)引入系统中来实现的。然而，由于硅和石榴石之间的大晶格失配，将这些材料与例如集成硅波导结合起来是一项挑战。与硅相比，这些石榴石的损耗也高出几个数量级。
硅的法拉第旋转在1.55μm波长下为15°/cm/T，这比铁石榴石可实现的旋转低大约两个数量级。假设偏置场为0.5T，则需要一个6cm长的波导来实现光隔离器所需的45°法拉第旋转。
本发明的目的是提供一种改进的光波导部件，用于向在硅波导部件中传播的线性偏振光的偏振面提供法拉第旋转。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种光波导部件，用于向在该波导部件中传播的线性偏振光的偏振面提供法拉第旋转，波导由硅制成，并具有与外部施加的磁场平行的折叠或缠绕部分。
在一些实施例中，波导可以以螺旋形缠绕在部件的平面上。
在一些实施例中，所述波导可以以弯折的形式缠绕在所述部件的平面上。携带反向传播的光的且彼此平行的相邻线性部分与波导的弯曲部分相组合。这些弯曲部分在平行部分之间提供相移，该相移补偿反向传播波导之间的法拉第旋转的抵消。
在一些实施例中，光波导部件缠绕为具有平行但反向传播的逆时针和顺时针分支的双螺旋线，由此彼此平行的相邻线性部分与波导的弯曲部分相组合，弯曲部分在具有反向传播的光的平行部分之间提供相移，该相移补偿反向传播波导之间法拉第旋转的抵消。
在一些实施例中，波导被缠绕为具有一个逆时针或顺时针分支的单个螺旋线。
在一些实施例中，波导包括交替的线性部分和弯曲部分，其中，线性部分由非双折射波导材料组成，并且弯曲部分由双折射波导材料组成，该双折射波导材料在反向传播部分之间提供180°相移。
在一些实施例中，线性偏振光由基本的横向电模式和横向磁模式组成。
在一些实施例中，波导的双折射弯曲部分包括在传播方向上具有增加的曲率的弯曲部，例如欧拉弯曲部。
在一些实施例中，波导的双折射弯曲部分包括基于全内反射镜的弯曲部，以实现最小的占地面积。
在一些实施例中，通过对波导部分中的硅材料进行热氧化、通过蚀刻波导部分中的硅材料、通过沉积包层(例如，Si3N4)以在波导部分中引起应变和/或通过原子层沉积(ALD)来控制光波导部分的双折射。
在一些实施例中，通过沉积压电材料以主动控制光波导部分中的应变，从而控制光波导部分的双折射。
附图说明
图1示意性地示出了法拉第旋转器；
图2A至图2C示出了折叠的法拉第旋转器的偏振的演变；
图3示出了包裹光子波导的可能方式；
图4示出了法拉第旋转的螺旋线；
图5A至图5B示出了具有双折射弯曲部的螺旋线的实验装置；
图6A至图6D示出了单模和多模波导轮廓；
图7A至图7C示出了本发明的部件的示例性实施方式；
图8示出了根据本发明对波导进行修整的实施例；
图9A和图9B示出了可以在本发明中使用的不同的螺旋线；
图10示出了用于产生遵循螺旋波导的形状的磁场的实施例；
图11示出了用于产生遵循螺旋波导的形状的磁场的另一实施例。
具体实施方式
偏振相关隔离器或图1中所示的法拉第隔离器10由三个主要部分组成：输入偏振器11(在此为垂直偏振)、法拉第旋转器12和输出偏振器13(也称为检偏器，在此偏振为45°)。向前传播的光被输入偏振器垂直偏振。法拉第旋转器会将偏振旋转45°。然后，检偏器使光透射通过隔离器。向后传播的光被检偏器偏振成45°。法拉第旋转器会再次将偏振旋转45°。这意味着光是水平偏振的(旋转对传播方向很敏感)。由于偏振器是垂直对准的，因此光将被熄灭。
由于法拉第效应，施加在图1中的法拉第旋转器上的磁场B引起光的偏振旋转。旋转角度为β，d为旋转器的长度。特别是对于光隔离器，选择这些值以提供45°的旋转。
在图2中示出了折叠的法拉第旋转器的偏振的演变。在图2的A部分中示出了用于光隔离器的标准法拉第旋转器。左侧部分21描绘了向前传播的波；右侧部分22示出了向后传播的波。在该示例中，当波k以0°的偏振角发射到波导21中时，偏振将顺时针旋转至45°。对于波导22中的相反方向，波矢量k和偏置场是相反的。因此，波导22中的波矢量的初始偏振为135°，并且相对于波矢量k的偏振旋转为逆时针方向。因此，偏振进一步旋转至90°角。这是法拉第隔离器的典型情况，其中在输出端口反射的光相对于输入偏振旋转90°，因此可以被偏振器阻挡。
在B部分中，两个法拉第旋转器23、24通过保持偏振状态的弯曲部25连接。法拉第净旋转在这种情况下为零。在C部分中，示出了与B部分中类似的法拉第旋转器组件，但现在旋转器26、27与双折射弯曲部28连接，该双折射弯曲部在垂直和水平偏振之间累积了180°相移。根据180°相移的方向，两部分中的偏振旋转累加起来为90°或270°。
双折射是光学非各向同性的透明材料的特性，其折射率取决于偏振方向，即电场方向。例如，可观察晶体石英、方解石、蓝宝石和红宝石以及非线性晶体材料(如LiNbO3，LBO和KTP)的该特性。双折射通常是由非立方晶体结构引起的。在其他情况下，最初的各向同性材料(例如，具有立方结构的晶体和玻璃)由于施加机械应力或有时通过施加强电场可能会变得各向异性；两者都可以破坏它们的原始对称性。在光纤中，双折射可能是由纤芯的椭圆形状、由光纤设计的不对称性或由(例如，由弯曲造成的)机械应力引起的。在集成光波导的特定情况下，通过设计合适的波导形状(例如，矩形带状波导)可轻松实现形状双折射，从而确保两个正交偏振(准TE和准TM)本征模的有效折射率不同。同样在集成光学器件的情况下，应力和弯曲也可以在模式双折射中发挥重要作用，但是集成波导的主要优势在于，同样在应力和弯曲存在的情况下，一旦所有参数都已知，改变波导形状就能够对双折射进行全面控制。
例如，图2B示出了当将波导设计为在直线部分和弯曲部分都具有零双折射时法拉第旋转发生了什么。在弯曲部之前和之后的波导的行为类似于直线波导，其具有图2A中的左臂的行为类似于图2B中的向前行进情况，以及右臂的行为类似于向后行进情况。一个区别是，弯曲部保留了相对于波矢量的偏振状态，并且不镜像它。由此得出，右臂将反转左臂的法拉第旋转，从而使净旋转为零。为了使弯曲波导中的法拉第旋转非零，弯曲部必须镜像偏振。如图2C所示，这可以通过将双折射引入弯曲部来实现。此处，垂直和水平偏振相对于彼此相移180°，这使得图2C的情况类似于图2A。
典型的磁光活性材料包括CeYIG、γ-Fe2O3、正铁氧体和CoFe2O4纳米颗粒，它们的法拉第旋转值(°/cm)分别为-3300、25000、500和310，磁场为1T，波长为λ＝1.55μm。相比之下，硅的法拉第旋转值仅为15°/cm，但是光学损耗非常低，品质因数(FoM)比最佳的MO材料大6个数量级。FoM定义为法拉第旋转与损失因子的比率。
尽管比率要好得多，但是通常不认为硅是光网络的光隔离器部件中的磁光材料的候选者，因为为了实现合理的法拉第旋转，需要几厘米的传播长度。
硅的磁光活性可通过以下两种效应之一来利用：磁光相移或法拉第旋转。在确定两者中哪种效应更合适时，重要的是要知道硅通常是集成光子系统中使用的具有最高折射率的材料，因此用作波导芯材料。纤芯中的硅与包层材料(例如，二氧化硅)之间的高折射率对比确保将光波大部分集中在硅中。这是有利的，因为它确保了紧凑的尺寸和高的光场强度。但是，磁光相移在电磁场分布中需要不对称。因为场集中在硅中，所以场分布是对称的，并且磁光相移很小。
相反，常规的法拉第旋转不需要这种不对称性，因此，本发明研究硅波导作为法拉第旋转器的潜力。
现在参考图3，其示出了包裹光子波导的两种可能的方式：(A)为弯折形式，以及(B)为螺旋形式。要将硅波导用于光隔离器，需要45°法拉第旋转。如果为简单起见假设场完全限制在硅中，则意味着如果施加1T的磁偏置场，波导的长度必须为3cm。假设更现实地施加0.25T的磁偏置场，则波导长度为12cm。这些长度和更长的长度对于硅波导是可行的，但是这种长直波导的形状因数是不理想的，因为它们破坏了集成光学电路背后的概念。因此有必要例如通过弯折(图3A)或螺旋(图3B)来缩短波导的长度或占地面积。
在图3A中，波导30以弯折的形式缠绕在例如部件的平面上，彼此平行但构成反向传播波导部分的相邻线性部分31a、31b与在平行部分31a、31b之间提供相移的弯曲部分32组合在一起。
在图3B中，波导33被缠绕为双螺旋线，双螺旋线分别具有反向传播的逆时针分支34和顺时针分支35。同一匝的每个相对的线性部分36a、36b与弯曲部分37a、37b组合在一起，每个弯曲部分提供相移，该相移以与图3A中相同的方式补偿波导中相邻平行线性部分中反向传播的波之间的法拉第旋转的抵消。
在图4中更详细地示出了用于法拉第旋转的螺旋线，图5示出了具有双折射弯曲部的螺旋线的实验装置。现在参考图4和5讨论对在1.55μm波长下工作的集成硅法拉第旋转器的研究。
法拉第旋转可理解为波导的横向电TE模式和横向磁TM模式之间的耦合。在TE模式下，传播方向上没有电场，而在TM模式下，传播方向上没有磁场。为了实现45°的旋转，需要将一种模式下50％的功率耦合到另一种模式。对于双折射波导，可从一种状态耦合到另一种状态的最大功率分数由以下等式给出：
Figure BDA0002390319540000061
其中，Δβ是TE模式和TM模式之间的传播常数的不匹配，而κ是两种模式之间的耦合常数，其中，对于强力模式重叠，耦合常数等于以rad/m为单位的法拉第旋转。因此，高度为220nm、宽度约为500nm的标准绝缘体上硅单模波导不适合用作法拉第旋转器。它具有相对强的形式双折射，导致Δβ为2.5·1041/cm。对于0.5T的偏置场，这导致耦合效率仅为η＝3.6·10-7。
代替地，可以使用具有3×3μm2的正方形横截面的硅波导。即使包层和基板的折射率不同，大面积也可确保低双折射，这是由于硅芯中模式的高度限制。此外，对于这种几何形状，基本的TE模式和TM模式具有大的场重叠，从而产生最大可能的耦合常数κ。必须注意的是，对于这样的多模系统，只有两个基本模式被激发，并且抑制了与更高阶的耦合，从而抑制了不期望的模式。以前，这是通过精心设计弯曲部和耦合部分并确保低侧壁粗糙度来实现的，还导致了0.1dB/cm量级的低传播损耗。在几厘米长的器件中，必须达到这样的损耗水平。
然而，一个6厘米的法拉第旋转器可能太长，无法安装在芯片上。通过将波导缠绕成如图4所示的螺旋线40，可实现旋转器的更紧凑的占地面积。如上所述，这种布置带来的问题是：在波传播方向和磁偏置平行的部分中的法拉第旋转由两者反向传播(即，相对于光的传播方向反平行)的部分中的旋转来补偿。这可通过在每匝之后在TE模式和TM模式之间引入
Figure BDA0002390319540000071
的相移来补偿。这种新颖的设计技术确保在相对于外部B场的传播方向相反时，法拉第旋转进一步累加在一起。
在图4中，螺旋线40的大致线性部分41a和41b(紫色)不具有双折射或双折射低，而弯曲部42(绿色)具有双折射，当通过每个弯曲部时，双折射确实导致相移
Figure BDA0002390319540000074
然后，将一个U形转弯累加至
Figure BDA0002390319540000073
每个U形转弯的总相移确保了当相对于外部磁场的传播方向(用箭头Bbias指示)反转时，法拉第旋转会进一步累加。
在一些实施例中，弯曲部分的双折射可以基于全内反射镜，以实现最小的占地面积。
实验
为了证明发明构思的有效性，发明人设计了一种具有双折射弯曲部和3×3μm2线性或直线部分的螺旋线。线性部分的总长度为6cm，螺旋线的占地面积为1300×850μm2。通过在螺旋线的一个端面上放置一个定向为90°的偏振器，在另一个端面上放置一个定向为45°的偏振器来构建一个隔离器(图5A)。施加0.2T的偏置场。隔离率是前向传输除以后向传输。为了确保在两个方向上都定义了输入状态，使用了从激光源到设备的单模光纤。为了检查测量结果，针对磁偏置场的两个方向都测量了前向传输和后向传输，这应该使隔离率相反。
产生的光谱如图5B所示，其示出了磁偏置场的两个方向的隔离光谱。如预期的那样，对于反向的或反转的磁偏置，隔离率是相反的。光谱的波长依赖性是由于双折射在弯曲部中的分散所致。因此，仅在有限的波长范围内满足
Figure BDA0002390319540000072
的条件。然而，最大隔离率仅为1dB。其原因是线性部分中的残余双折射，这是由于应变或与方形截面的微小偏差引起的。这带来了两个问题：首先，它限制了可从一种模式耦合到另一种模式的最大功率分数(等式1)；其次，连接90°弯曲部的线性部分在每个弯曲部预期的180°之上增加了额外的相位差。第一个问题可通过增加磁偏置场从而增加κ来缓解。或者，可通过抑制不期望的双折射来解决这两个问题。如果双折射是由于形状不准确引起的，则可用原子层沉积完成的薄保形涂层来改变方形截面的纵横比。因此，通过抑制螺旋线的线性部分中的双折射(例如，通过对器件进行热调节)可减小应变双折射。
在下文中，将详细说明使用上述构思的实用设计。一个重要的选择是波导轮廓。通常，硅波导层的高度为220nm，并且波导的宽度被调整为可用于每个偏置的单一模式。然而，这样的波导不太适合法拉第旋转。在图6A和6B中，描绘了这种波导的准TE模式和准TM模式。两种模式的场分布非常不同，这导致传播常数或角波数β大大不同，由以下等式给出：
β＝2π/λ (2)
但是只有在两种模式都具有大致相同的传播常数时，才有可能进行有效的法拉第旋转。单模波导的另一个缺点是，磁场的很大一部分位于硅芯外部，在该区域中，由于材料处于非活性状态，因此无法促进偏振旋转。这要求大而对称的横截面，如图6C和6D所示。在3μm×3μm的波导中，场被限制在硅中，并且两个模式的场分布看起来相同，从而导致相同的传播常数β。
然而，大的横截面引起另一个问题，因为波导允许除了上述两个基本模式之外的更高阶模式。波导中的模式数量将多模波导与单模波导区分开。
如果更高阶模式被激发，将会破坏法拉第旋转器的功能。就避免更高阶模式耦合而言，整个系统的两个部分至关重要：
从自由空间波到波导的耦合部分，其可以通过耦合到仅引导两个基本模式的脊形波导来解决，然后小心地过渡到具有传输基本模式中所有光的绝热锥体的多模波导，请参见例如WO2003085430A1；
弯曲部中的模式耦合，因为弯曲半径为R的常用弯曲部会引起曲率的突然变化——从线性部分的曲率0到弯曲部分的曲率1/R。解决此问题的方法是使弯曲半径大到曲率可以忽略。但是，更优良、更简洁的方法是逐渐增加弯曲部的曲率，例如使第一部分的形状为欧拉(Euler)螺旋，称为欧拉弯曲。参见考共同待决的美国专利申请14/436093。曲率的这种逐渐变化显著减少了与更高阶模的耦合。已经表明，对于2×4μm2的波导横截面，有效弯曲半径可以小到17.2μm，并且与更高阶模式的耦合可能仍低于每个弯曲部20dB。
图7描绘了本发明设计的示例性实施方式。图7A中示出了硅法拉第旋转器70，其中描绘了非双折射二次线性波导部分71和72(绿色)。还示出了弯曲的双折射部分73(红色)。在图7B中示出了示例性双折射部分73的布局。波导的宽度变窄，随后是欧拉弯曲部，然后再次变宽。
在与偏置场Bbias平行的图7的那些波导部分71中产生法拉第旋转。每一匝所需的180°双折射是通过两个部分73实现的，每个部分73在TE模式和TM模式之间增加了90°相移。这两个部分与非双折射波导72相连。该波导72将不会对法拉第旋转产生影响，因为波的传播方向与偏置场正交。双折射部分73由三部分组成：从方形波导横截面到具有大纵横比的横截面的锥体73a、欧拉弯曲部73b以及回到二次横截面的锥体73c。图7B中三个部分73a-73c的总双折射
Figure BDA0002390319540000091
给出了90°的总偏振旋转。
具有大纵横比的欧拉弯曲部73b是有利的，原因有两个。首先，它创建了所需的双折射。其次，它允许较小的弯曲半径。这是因为较窄的波导将具有较少的不需要的可耦合的模式，并且波导的变窄将增加模式之间的传播失配，从而抑制耦合。图7C示出了集成硅法拉第旋转器的可能实施方式。在1T的偏置场Bbias下，有源波导需要3cm长才能实现所需的45°偏振旋转。旋转部分具有3μm×3μm的横截面。欧拉弯曲部的弯曲半径选择为20μm，波导截面为1μm×3μm。锥体长度为40μm。整个器件的占地面积为640×400μm2，可与依靠铁石榴石的器件(使用环形谐振器(通常为290×90μm2)和Mach-Zhender干涉仪(通常为1500×4μm2、1160×260μm2)相比较。
因此，尽管与铁石榴石相比，硅提供的法拉第旋转小两个数量级以上，但是示例性的基于硅的器件仅稍大。原因是双重的：
首先，基于铁石榴石的隔离器利用硅作为波导芯的高折射率材料。强磁光有源石榴石仅用作包层，因此，与多模硅波导相比，光场重叠少得多，在多模硅波导中，几乎所有场都集中在磁光有源区中，
其次，引入的将法拉第旋转器折叠成螺旋形或弯折形的技术允许每个器件区域的传播距离大得多。
为了确保器件的功能性，两个问题很重要：首先，在偏振旋转部分中允许多少双折射；其次，弯曲部中的双折射的调节精度如何。前一个约束源自以下事实：传播常数不匹配限制了可从一种模式耦合到另一种模式的最大功率。最大效率可以通过以下等式计算
Figure BDA0002390319540000101
其中，Δβ是TE模式和TM模式之间的传播常数的不匹配，而κ是两种模式之间的耦合常数，对于强力模式重叠，耦合常数等于以rad/m为单位的法拉第旋转。对于隔离器，偏振需要旋转45°。这意味着需要将50％的功率从TE模式耦合到TM模式，反之亦然。因此，η需要大于0.5。此约束导致可允许的双折射率的上限为
|Δβ|＜|κ| (4)
对于硅波导和0.25-1T之间的偏置场，耦合常数κ在6.5rad/m和26rad/m之间，这也是Δβ的上限。尽管理想地在图6C和6D中的波导中的双折射率为零，但是由于在制造过程或基板中发生的应变，它可能仍然是双折射的。如果是这种情况，则必须通过稍微偏离正方形的波导部分的纵横比或下一节中描述的制造后调整来抵消双折射。
同样，弯曲部中的偏振旋转偏离180°也会导致效率降低。可以以类似的方式来计算需要调节弯曲部中的双折射率的精度。可定义一个法拉第部分的有效双折射率和180°弯曲部
Figure BDA0002390319540000102
其中，ΔβEB和LEB是欧拉弯曲部的双折射率和长度。进一步地，ΔβT(l)是锥体在其整个长度上的与长度相关的双折射率，并且LFR是法拉第活性部分的长度。这种有效的双折射的原因在于，只要每个部分的法拉第旋转很小，那么匝中与180°双折射的偏差就可解释为偏振旋转部分中TE模式和TM模式之间的模式不匹配。等式3和4对于Δβeff也有效，产生相同的上限。弯曲部分的长度出现在分子中，而偏振旋转部分的长度出现在分母中，这意味着前者与后者的长度之比越小，对ΔβEB和ΔβT(l)的约束就越宽松。尽管如此，如果通过假设ΔβT(l)＝ΔβEB来估计双折射率的允许误差，则对于图7C中的设计，这意味着必须将ΔβEB调整为25rad/m的精度。对于1μm×3μm的波导轮廓，双折射率随宽度的变化在1.55μm波长处为
Figure BDA0002390319540000111
这对应于0.13nm的宽度精度。这对于当前的制造技术可能是不可行的，并且可能需要进行制造后的修整。
制造后的修整可以例如通过温度调整和通过氧化修整来进行。前一种方法利用了硅波导芯和二氧化硅包层的折射率随温度而轻微变化的事实。对于硅，其热光系数为dη/dT＝1.86·10-41/K，对于二氧化硅，其热光系数为1·10-51/K。折射率的改变导致双折射率的变化，双折射率可以通过以下等式计算
Figure BDA0002390319540000112
对于1μm×3μm的波导轮廓，
Figure BDA0002390319540000113
为-5(m·K)-1。对于可调的温度范围ΔT＝100K，双折射率的调整范围为：
Figure BDA0002390319540000114
这意味着可以补偿以下宽度的变化：
Figure BDA0002390319540000115
可通过氧化波导的外部来补偿较大的宽度误差。对于这种方法，可以省略弯曲部处的二氧化硅顶部包层，并氧化波导的表面，请参见图8。如果波导横截面的边缘被氧化，则纵横比将略有变化，并导致其双折射率发生变化。仅敞开的面被氧化，因此纵横比以及双折射率随之改变。对于图8中的波导，这将产生依赖于氧化物厚度的双折射率变化：
Figure BDA0002390319540000116
这意味着通过氧化50nm的外部硅，可以补偿100nm的宽度误差，该误差完全在当前制造工艺的范围内。
总之，可以通过从以下项目符号列表中选择的至少一种方法来控制本发明的光波导部分的双折射率：
·通过对波导部分中的硅材料进行热氧化，
·通过蚀刻波导部分中的硅材料，
·通过沉积包层(例如Si3N4)以在波导部分中引起应变，
·通过原子层沉积(ALD)，
·通过沉积压电材料以主动控制波导部分中的应变。
上面给出的示例假设波导平面内的磁场均匀，并且与发生法拉第旋转的部分对齐。实际上，这可通过使用适当设计的永磁体来实现。
在图9C中，类似于图9A或9B中的螺旋线(未示出)被放置在部件芯片93上，该部件芯片设有引导电流通过螺旋线中心的导体94。因此，磁场B围绕螺旋线中心产生闭环，从而将螺旋线变成法拉第旋转器部件。
图10示出了避免法拉第旋转消除的替代方法，该方法基于使磁场B弯曲或遵循芯片93上的波导螺旋形状。原则上，这可以通过简单的电线94来实现，但是由于这种实际的法拉第旋转需要1T量级的强磁场，因此用单根电线很难实现。在图11中示出了更有前景的方法，其中环形线95和延伸到线圈外部的铁芯96尽可能地靠近波导。螺旋形波导也可以夹在两个这样的电磁体之间。
如图9A所示，仅具有逆时针(ccw)匝的螺旋线90将不提供反向传播，因此实际上其本身是法拉第旋转器。在如图9B所示的具有逆时针和顺时针匝(ccw+cw)的双螺纹螺旋线91中，相对于法拉第旋转，净效应将为零。然而，通过布置在螺旋线的涡旋92处的双折射匝的180°相移将补偿法拉第旋转的抵消，并将螺旋线变成法拉第旋转器部件。

Claims (14)

1.一种光波导部件，用于向在所述光波导部件中传播的线性偏振光的偏振面提供法拉第旋转，其中，所述波导由硅制成，并且具有平行于外部施加的磁场的折叠或缠绕的部分。
2.根据权利要求1所述的光波导部件，其中，所述波导以螺旋形缠绕在所述部件的平面上。
3.根据权利要求1所述的光波导部件，其中，所述波导以弯折的形式缠绕在所述部件的平面上，由此彼此平行的相邻线性部分与所述波导的弯曲部分相组合，所述弯曲部分在具有反向传播的光的平行部分之间提供相移，该相移补偿反向传播的波导之间的法拉第旋转的抵消。
4.根据权利要求2所述的光波导部件，其中，所述波导缠绕为具有反向传播的逆时针和顺时针分支的双螺旋线，由此同一匝的相对的线性波导部分与所述波导的弯曲部分相组合，每个所述弯曲部分提供相移，该相移补偿在所述波导的相邻平行线性部分中的反向传播波之间的法拉第旋转的抵消。
5.根据权利要求2所述的光波导部件，其中，所述波导缠绕为具有一个逆时针或顺时针分支的单个螺旋线。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光波导部件，其中，所述波导包括交替的线性部分和弯曲部分，其中，所述线性部分由非双折射波导材料组成，并且所述弯曲部分由双折射波导材料组成，该双折射波导材料在所述反向传播部分之间提供180°相移。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光波导部件，其中，所述线偏振光由基本的横向电模式和横向磁模式组成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光波导部件，其中，所述波导的双折射弯曲部分包括在传播方向上具有增加的曲率的弯曲部，例如欧拉弯曲部。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的光波导部件，其中，所述波导的双折射弯曲部分包括基于全内反射镜的弯曲部，以实现最小的占地面积。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的光波导部件，其中，通过对所述波导部分中的硅材料进行热氧化来控制光波导部分的双折射。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的光波导部件，其中，通过蚀刻所述波导部分中的硅材料来控制光波导部分的双折射。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的光波导部件，其中，通过沉积包层(例如，Si3N4)来在所述波导部分中引起应变，从而控制光波导部分的双折射。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的光波导部件，其中，通过原子层沉积(ALD)来控制光波导部分的双折射。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的光波导部件，其中，通过沉积压电材料来主动控制所述波导部分中的应变，从而控制光波导部分的双折射。
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