CN116413857A - 一种基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器 - Google Patents

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CN116413857A CN202111638198.2A CN202111638198A CN116413857A CN 116413857 A CN116413857 A CN 116413857A CN 202111638198 A CN202111638198 A CN 202111638198A CN 116413857 A CN116413857 A CN 116413857A
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Abstract

本发明提供一种基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，其主体结构由第一直波导、模式转换器、反向锥形耦合器、第二直波导、S型弯曲波导和第三直波导构建而成，来自输入端混合模式TE0/TM0光在经过模式转换器时，TM0模式光会偏振旋转成TE1模式光，而TE0模式光不发生任何变化，以TE0/TE1混合模式光进入到反向锥形耦合器的波导组的输入端，并在经过波导组时，TE1模式转换并耦合到第四锥形波导最终在偏振旋转分束器的第二输出端输出TE0模式，TE0模式则不进行任何变换最终在偏振旋转分束器的第一输出端输出TE0模式，以此达到简单偏振旋转分束器的目的。仿真结果表明，本发明不仅可以解决偏振依赖性，还具有低损耗、低串扰、大带宽的优点，且整体器件尺寸较小。

Description

一种基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器
技术领域
本发明属于光学领域，涉及一种基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器。
背景技术
在过去的十年里，硅光子学因其实现元件高密度和低功耗的潜力，以及其与互补金属氧化物半导体(CMOS)制造技术的兼容性，高折射率对比度和紧凑的尺寸，使得绝缘体上硅(SOI)硅光子器件非常有吸引力，在光学互连、传感和信号处理等诸多领域得到广泛的研究。然而硅和二氧化硅之间大的折射率差异所导致的基于纳米级波导的硅光子器件具有很强的偏振依赖性，这是其实际应用的主要挑战之一，特别是如果该器件用于部署在光纤链路上，其输入端的光信号的偏振态可能会随时间随机变化，从而使得标准的SOI硅光子器件不再与光学处理功能兼容。
出于对上述问题的考虑，人们提出了一种用于光束分离和旋转，且能很好的解决偏振依赖性的偏振旋转分束器(Polarization Beam Splitter and Rotator，简称PBSR)。偏振旋转分束器的机制可以分为基于模式耦合和模式杂交的两种原理设计，近几十年来在基于这两种原理上设计的器件结构有很多，有基于对称/非对称定向耦合器结构的偏振旋转分束器、有基于弯曲波导耦合器结构的偏振旋转分束器、有基于Y分支结构的偏振旋转分束器以及在工艺上难度较高的双刻蚀定向耦合器结构的偏振旋转分束器等，而引起人们的关注。这类的器件结构较为紧凑，但是对制造工艺和波长较为敏感，且为了解决偏振依赖性，它们在插入损耗、串扰以及带宽的性能表现上不尽人意。
因此，如何提供一种能够很好地解决损耗、串扰、带宽以及偏振依赖性的且尺寸较为紧凑的偏振旋转分束器，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，用于解决现有偏振旋转分束器损耗高、串扰大、带宽小等的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，包括包层及嵌于所述包层内的主体结构，所述主体结构包括：
第一直波导；
模式转换器，包括第一锥形波导、第二锥形波导与第三锥形波导，所述第一锥形波导的输入端连接所述第一直波导的输出端，所述第二锥形波导的输入端连接所述第一锥形波导的输出端，所述第三锥形波导位于所述第一锥形波导及所述第二锥形波导的上表面，且所述第三锥形波导的输入端连接所述第一直波导；
反向锥形耦合器，包括平行间隔设置的波导组与第四锥形波导，所述波导组的输入端连接所述模式转换器的输出端；
第二直波导，所述第二直波导的输入端连接所述波导组的输出端；
S型弯曲波导，所述S型弯曲波导的输入端连接所述第四锥形波导的输出端，所述S型弯曲波导包括依次相连的第一弧形弯曲段与第二弧形弯曲段，所述第一弧形弯曲段与所述第二直波导的平均间隔距离小于所述第二弧形弯曲段与所述第二直波导的平均间隔距离；
第三直波导，所述第三直波导的输入端连接所述S型弯曲波导的输出端。
可选地，第一直波导、所述波导组、所述第四锥形波导、所述第二直波导、所述S型弯曲波导及所述第三直波导的厚度相同，所述第一锥形波导与所述第二锥形波导位于同一层且厚度相同，所述第一锥形波导与所述第三锥形波导的叠加厚度等于所述第一直波导的厚度。
可选地，所述第一锥形波导的输入端宽度等于所述第一直波导的输出端宽度，所述第一锥形波导的输出端宽度大于所述第一锥形波导的输入端宽度；所述第二锥形波导的输入端宽度等于所述第一锥形波导的输出端宽度，所述第二锥形波导的输出端宽度小于所述第二锥形波导的输入端宽度；所述第三锥形波导的输入端宽度等于所述第一锥形波导的输入端宽度，所述第三锥形波导的输出端宽度大于所述第三锥形波导的输入端宽度且等于所述第二锥形波导的输出端宽度；所述波导组的输入端宽度等于所述第三锥形波导的输出端宽度；所述第二直波导的输入端宽度等于所述波导组的输出端宽度；所述第四锥形波导的输出端宽度大于所述第四锥形波导的输入端宽度；所述S型弯曲波导的输入端宽度与输出端宽度相等，并等于所述第四锥形波导的输出端宽度，所述第三直波导的宽度等于所述S型弯曲波导的输出端宽度。
可选地，所述第一锥形波导、所述第二锥形波导及所述第三锥形波导均为等腰梯形波导，所述第四锥形波导为直角梯形波导。
可选地，所述波导组包括依次连接的第四直波导、第一直角梯形波导、第二直角梯形波导、第三直角梯形波导、第四直角梯形波导、第五直角梯形波导、第六直角梯形波导、第七直角梯形波导、第八直角梯形波导及第五直波导。
可选地，所述第一直角梯形波导、所述第二直角梯形波导、所述第三直角梯形波导、所述第四直角梯形波导、所述第五直角梯形波导、所述第六直角梯形波导、所述第七直角梯形波导及所述第八直角梯形波导的直角腰所在端面位于同一平面，且面向所述第四锥形波导。
可选地，所述第一直角梯形波导的输入端宽度等于所述第四直波导的宽度，且所述第一直角梯形波导的输出端宽度小于所述第一直角梯形波导的输入端宽度；所述第二直角梯形波导的输入端宽度等于所述第一直角梯形波导的输出端宽度，且所述第二直角梯形波导的输出端宽度大于所述第二直角梯形波导的输入端宽度；所述第三直角梯形波导的输入端宽度等于所述第二直角梯形波导的输出端宽度，且所述第三直角梯形波导的输出端宽度小于所述第三直角梯形波导的输入端宽度；所述第四直角梯形波导的输入端宽度等于所述第三直角梯形波导的输出端宽度，且所述第四直角梯形波导的输出端宽度小于所述第四直角梯形波导的输入端宽度；所述第五直角梯形波导的输入端宽度等于所述第四直角梯形波导的输出端宽度，且所述第五直角梯形波导的输出端宽度小于所述第五直角梯形波导的输入端宽度；所述第六直角梯形波导的输入端宽度等于所述第五直角梯形波导的输出端宽度，且所述第六直角梯形波导的输出端宽度小于所述第六直角梯形波导的输入端宽度；所述第七直角梯形波导的输入端宽度等于所述第六直角梯形波导的输出端宽度，且所述第七直角梯形波导的输出端宽度小于所述第七直角梯形波导的输入端宽度；所述第八直角梯形波导的输入端宽度等于所述第七直角梯形波导的输出端宽度，且所述第八直角梯形波导的输出端宽度小于所述第八直角梯形波导的输入端宽度；所述第五直波导的宽度等于所述第八直角梯形波导的输出端宽度。
可选地，所述第一弧形弯曲段的弧度与所述第二弧形弯曲段的弧度均为90°。
可选地，所述第一直波导用于接收TE0/TM0混合模式光，所述模式转换器用于将所述TE0/TM0混合模式光转换为TE0/TE1混合模式光；所述反向锥形耦合器用于将所述波导组接收的TE0/TE1混合模式光中的TE0模式光输出至所述第二直波导，并将其中的TE1模式光转换为TE0模式并耦合至所述第四锥形波导；所述S型弯曲波导用于将来自所述第四锥形波导的TE0模式光输出至所述第三直波导；所述第二直波导用于输出来自所述波导组的TE0模式光，所述第三直波导用于输出来自所述S型弯曲波导的TE0模式光。
可选地，所述主体结构的材料包括硅，所述包层的材料包括二氧化硅。
如上所述，本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器中，偏振旋转分束器的主体结构由第一直波导、模式转换器、反向锥形耦合器、第二直波导、S型弯曲波导和第三直波导构建而成，来自输入端混合模式TE0/TM0光在经过模式转换器时，TM0模式光会偏振旋转成TE1模式光，而TE0模式光不发生任何变化，以TE0/TE1混合模式光进入到反向锥形耦合器的波导组的输入端，并在经过波导组时，TE1模式转换并耦合到第四锥形波导最终在偏振旋转分束器的第二输出端输出TE0模式，TE0模式则不进行任何变换最终在偏振旋转分束器的第一输出端输出TE0模式，以此达到简单偏振旋转分束器的目的。仿真结果表明，本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器不仅可以解决偏振依赖性，还具有低损耗、低串扰、大带宽的优点，且整体器件尺寸较小。
附图说明
图1显示为本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器的主体结构的俯视结构示意图。
图2显示为本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器在图1中A-A’处的剖视图。
图3显示为本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器的主体结构中波导组的放大结构示意图。
图4显示为本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器在输入TE0模式光源下的仿真传输谱线图。
图5显示为本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器在输入TM0模式光源下的仿真传输谱线图。
元件标号说明
1 第一直波导
2 模式转换器
201 第一锥形波导
202 第二锥形波导
203 第三锥形波导
3 反向锥形耦合器
301 波导组
301a 第四直波导
301b 第一直角梯形波导
301c 第二直角梯形波导
301d 第三直角梯形波导
301e 第四直角梯形波导
301f 第五直角梯形波导
301g 第六直角梯形波导
301h 第七直角梯形波导
301i 第八直角梯形波导
301j 第五直波导
302 第四锥形波导
4 第二直波导
5 S型弯曲波导
6 第三直波导
7 包层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，包括包层及嵌于所述包层内的主体结构，请参阅图1，显示为所述主体结构的俯视结构示意图，包括第一直波导1、模式转换器2、反向锥形耦合器3、第二直波导4、S型弯曲波导5和第三直波导6。
具体的，所述第一直波导1作为所述偏振旋转分束器的输入端，所述第二直波导4作为所述偏振旋转分束器的第一输出端，所述第三直波导6作为所述偏振旋转分束器的第二输出端。
作为示例，所述第二直波导4的输出端面与所述第三直波导6的输出端面位于同一平面。
具体的，所述第一直波导1用于接入由TE0模式(横电波零阶模式)光源和TM0模式(横磁波零阶模式)光源混合而成的TE0/TM0混合模式光源，从而接收TE0/TM0混合模式光并输出至所述模式转换器2。
具体的，所述模式转换器2用于将所述TE0/TM0混合模式光转换为TE0/TE1混合模式光，其中，所述TE0/TM0混合模式光进入所述模式转换器2中后，TM0模式光会偏振旋转成TE1模式光，而TE0模式光不发生任何变化，最终所述模式转换器2输出TE0/TE1混合模式光至所述反向锥形耦合器3的所述波导组301。
作为示例，所述模式转换器2包括第一锥形波导201、第二锥形波导202与第三锥形波导203，所述第一锥形波导201的输入端连接所述第一直波导1的输出端，所述第二锥形波导202的输入端连接所述第一锥形波导201的输出端，所述第三锥形波导203位于所述第一锥形波导201及所述第二锥形波导202的上表面，且所述第三锥形波导203的输入端连接所述第一直波导1。
作为示例，所述第一锥形波导201、所述第二锥形波导202及所述第三锥形波导203均为等腰梯形波导。
具体的，所述反向锥形耦合器3用于将所述波导组301接收的TE0/TE1混合模式光中的TE0模式光输出至所述第二直波导4，并将其中的TE1模式光转换为TE0模式并耦合至所述第四锥形波导302。
作为示例，所述反向锥形耦合器3包括平行间隔设置的波导组301与第四锥形波导302，所述波导组301的输入端连接所述模式转换器2的输出端；所述第二直波导4的输入端连接所述波导组301的输出端。本实施例中，所述波导组301的输入端面与所述第四锥形波导302的输入端面位于同一平面，所述波导组301的输出端面与所述第四锥形波导302的输出端面位于同一平面。
作为示例，所述第四锥形波导302为直角梯形波导，所述第四锥形波导301的直角腰面向所述波导组301。
具体的，所述S型弯曲波导5用于将来自所述第四锥形波导302的TE0模式光输出至所述第三直波导6，所述第三直波导6用于输出来自所述S型弯曲波导5的TE0模式光；所述第二直波导4用于输出来自所述波导组301的TE0模式光，从而实现简单偏振旋转分束器的目的。
作为示例，所述S型弯曲波导5的输入端连接所述第四锥形波导302的输出端，所述第三直波导6的输入端连接所述S型弯曲波导5的输出端。
作为示例，所述S型弯曲波导5由一直波导弯曲两次形成，包括依次相连的第一弧形弯曲段与第二弧形弯曲段，所述第一弧形弯曲段与所述第二直波导4的平均间隔距离小于所述第二弧形弯曲段与所述第二直波导4的平均间隔距离。
作为示例，所述S型弯曲波导5的所述第一弧形弯曲段的弧度与所述第二弧形弯曲段的弧度均为90°。
作为示例，请参阅图2，显示为图1的A-A’向剖面图，本实施例中，所述模式转换器2中的所述第一锥形波导201与所述第二锥形波导202位于同一层且厚度相同。
作为示例，作为示例，图2中还示出了所述包层7。本实施例中，所述主体结构的材料包括硅，所述包层7的材料包括二氧化硅。
作为示例，所述第一直波导1、所述波导组301、所述第四锥形波导302、所述第二直波导4、所述S型弯曲波导5及所述第三直波导6的厚度相同，所述第一锥形波导201与所述第三锥形波导203的叠加厚度等于所述第一直波导1的厚度。本实施例中，所述第一直波导1、所述第三锥形波导203、所述波导组301、所述第四锥形波导302、所述第二直波导4、所述S型弯曲波导5及所述第三直波导6的上表面位于同一平面，所述第一直波导1、所述第一锥形波导201、所述第二锥形波导202、所述波导组301、所述第四锥形波导302、所述第二直波导4、所述S型弯曲波导5及所述第三直波导6的下表面位于同一平面。
作为示例，所述第一锥形波导201的输入端宽度等于所述第一直波导1的输出端宽度，所述第一锥形波导201的输出端宽度大于所述第一锥形波导202的输入端宽度；所述第二锥形波导202的输入端宽度等于所述第一锥形波导201的输出端宽度，所述第二锥形波导202的输出端宽度小于所述第二锥形波导202的输入端宽度；所述第三锥形波导203的输入端宽度等于所述第一锥形波导201的输入端宽度，所述第三锥形波导203的输出端宽度大于所述第三锥形波导203的输入端宽度且等于所述第二锥形波导202的输出端宽度；所述波导组301的输入端宽度等于所述第三锥形波导203的输出端宽度；所述第二直波导4的输入端宽度等于所述波导组301的输出端宽度；所述第四锥形波导5的输出端宽度大于所述第四锥形波导5的输入端宽度；所述S型弯曲波导5的输入端宽度与输出端宽度相等，并等于所述第四锥形波导302的输出端宽度，所述第三直波导6的宽度等于所述S型弯曲波导5的输出端宽度。
需要指出的是，以所述第一直波导1指向所述波导组301的方向为长度方向，以所述第一锥形波导201与所述第三锥形波导203的堆叠方向为厚度方向，本发明中，所述宽度是指相应波导在垂直于长度方向及厚度方向上的宽度。
作为示例，所述第一锥形波导201的输入端面与所述第三锥形波导203的输入端面位于同一平面，且所述第一锥形波导201与所述第三锥形波导203的输入端面组合与所述第一直波导1的输出端面完全重合；所述第二锥形波导202的输入端面与所述第一锥形波导201的输出端面完全重合；所述第二锥形波导202的输出端面与所述第三锥形波导203的输出端面位于同一平面，且所述第二锥形波导202与所述第三锥形波导203的输出端面组合与所述波导组301的输入端面完全重合；所述第二直波导4的输入端面与所述波导组301的输出端面完全重合；所述S型弯曲波导5的输入端面与所述第四锥形波导302的输出端面完全重合；所述第三直波导6的输入端面与所述S型弯曲波导5的输出端面完全重合。
作为示例，请参阅图3，显示为所述反向锥形耦合器3中所述波导组301的放大结构示意图，其中，所述波导组301包括依次连接的第四直波导301a、第一直角梯形波导301b、第二直角梯形波导301c、第三直角梯形波导301d、第四直角梯形波导301e、第五直角梯形波导301f、第六直角梯形波导301g、第七直角梯形波导301h、第八直角梯形波导301i及第五直波导301j。
作为示例，所述第一直角梯形波导301b、所述第二直角梯形波导301c、所述第三直角梯形波导301d、所述第四直角梯形波导301e、所述第五直角梯形波导301f、所述第六直角梯形波导301g、所述第七直角梯形波导301h及所述第八直角梯形波导301i的直角腰所在端面位于同一平面，且面向所述第四锥形波导302。
作为示例，所述第一直角梯形波导301b、所述第二直角梯形波导301c、所述第三直角梯形波导301d、所述第四直角梯形波导301e、所述第五直角梯形波导301f、所述第六直角梯形波导301g、所述第七直角梯形波导301h、所述第八直角梯形波导301i及所述第五直波导301j的长度均相等。
作为示例，所述第一直角梯形波导301b的输入端宽度等于所述第四直波导301a的宽度，且所述第一直角梯形波导301b的输出端宽度小于所述第一直角梯形波导301b的输入端宽度；所述第二直角梯形波导301c的输入端宽度等于所述第一直角梯形波导301b的输出端宽度，且所述第二直角梯形波导301c的输出端宽度大于所述第二直角梯形波导301c的输入端宽度；所述第三直角梯形波导301d的输入端宽度等于所述第二直角梯形波导301c的输出端宽度，且所述第三直角梯形波导301d的输出端宽度小于所述第三直角梯形波导301d的输入端宽度；所述第四直角梯形波导301e的输入端宽度等于所述第三直角梯形波导301d的输出端宽度，且所述第四直角梯形波导301e的输出端宽度小于所述第四直角梯形波导301e的输入端宽度；所述第五直角梯形波导301f的输入端宽度等于所述第四直角梯形波导301e的输出端宽度，且所述第五直角梯形波导301f的输出端宽度小于所述第五直角梯形波导301f的输入端宽度；所述第六直角梯形波导301g的输入端宽度等于所述第五直角梯形波导301f的输出端宽度，且所述第六直角梯形波导301g的输出端宽度小于所述第六直角梯形波导301g的输入端宽度；所述第七直角梯形波导301h的输入端宽度等于所述第六直角梯形波导301g的输出端宽度，且所述第七直角梯形波导301h的输出端宽度小于所述第七直角梯形波导301h的输入端宽度；所述第八直角梯形波导301i的输入端宽度等于所述第七直角梯形波导301h的输出端宽度，且所述第八直角梯形波导301i的输出端宽度小于所述第八直角梯形波导301i的输入端宽度；所述第五直波导301j的宽度等于所述第八直角梯形波导301i的输出端宽度。所述波导组301中任意相邻两个波导相向的端面完全重合。
作为示例，在一具体实现方式中，所述第一直波导1的长度为5μm，宽度为500nm，厚度为220nm。所述模式转换器2中，所述第一锥形波导201的长度为12.5μm，输入端宽度为500nm，输出端宽度为1.2μm，厚度为130nm；所述第二锥形波导202的长度为12.5μm，输入端宽度为1.2μm，输出端宽度为750nm，厚度为130nm；所述第三锥形波导203的长度为25μm，输入端宽度为500nm，输出端宽度为750nm，厚度为90nm。所述反向锥形耦合器3中，所述第四直波导301a的长度为0.5μm，所述第一直角梯形波导301b、所述第二直角梯形波导301c、所述第三直角梯形波导301d、所述第四直角梯形波导301e、所述第五直角梯形波导301f、所述第六直角梯形波导301g、所述第七直角梯形波导301h、所述第八直角梯形波导301i及所述第五直波导301j的长度均为1μm。所述第四直波导301a、所述第一直角梯形波导301b、所述第二直角梯形波导301c、所述第三直角梯形波导301d、所述第四直角梯形波导301e、所述第五直角梯形波导301f、所述第六直角梯形波导301g、所述第七直角梯形波导301h、所述第八直角梯形波导301i及所述第五直波导301j的高度均为220nm。所述第四直波导301a的宽度为750nm，所述第一直角梯形波导301b的输入端宽度与输出端宽度分别为750nm与680nm；所述第二直角梯形波导301c的输入端宽度与输出端宽度分别为680nm与670nm、所述第三直角梯形波导301d的输入端宽度与输出端宽度分别为670nm与770nm、所述第四直角梯形波导301e的输入端宽度与输出端宽度分别为770nm与690nm、所述第五直角梯形波导301f的输入端宽度与输出端宽度分别为690nm与590nm、所述第六直角梯形波导301g的输入端宽度与输出端宽度分别为590nm与550nm、所述第七直角梯形波导301h的输入端宽度与输出端宽度分别为550nm与530nm、所述第八直角梯形波导301i的输入端宽度与输出端宽度分别为530nm与450nm，所述第五直波导301j的宽度为450nm。所述第四锥形波导302的长度为9.5μm、输入端宽度为100nm，输出端宽度为300nm，厚度为220nm。所述第二直波导4的长度为20μm、宽度为450nm、厚度为220nm。所述波导组301与所述第四锥形波导302之间的间隙的宽度为200nm。所述S型弯曲波导5的输入端面与输出端面之间的垂直距离为15μm，所述S型弯曲波导5的宽度为300nm、厚度为220nm，所述S型弯曲波导5的前端面所在平面与后端面所在平面之间的垂直距离为1.5μm。所述第三直波导6的长度为5μm、宽度为300nm、厚度为220nm。
需要指出的是，在其它实施例中，各波导的具体尺寸可以根据需要进行调整，不以本实施例为限。
请参阅图4，显示为本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器在输入TE0模式光源下的仿真传输谱线图。请参阅图5，显示为本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器在输入TM0模式光源下的仿真传输谱线图。仿真结果表明，在整个1500-1600nm波段范围内，TE0模式光源具有0.027dB的最低插入损耗，-35.6dB的串扰，TM0模式光源具有0.19dB的最低插入损耗，-25.88dB的串扰，且整个偏振旋转分束器在-15dB以下的带宽接近100nm，由此可见，本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器在解决了偏振依赖性的基础上，进一步很好地解决了器件在插入损耗、串扰和带宽上的问题，即具有低损耗、低串扰、大带宽的优点，且整体器件尺寸较小。
综上所述，本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器中，偏振旋转分束器的主体结构由第一直波导、模式转换器、反向锥形耦合器、第二直波导、S型弯曲波导和第三直波导构建而成，来自输入端混合模式TE0/TM0光在经过模式转换器时，TM0模式光会偏振旋转成TE1模式光，而TE0模式光不发生任何变化，以TE0/TE1混合模式光进入到反向锥形耦合器的波导组的输入端，并在经过波导组时，TE1模式转换并耦合到第四锥形波导最终在偏振旋转分束器的第二输出端输出TE0模式，TE0模式则不进行任何变换最终在偏振旋转分束器的第一输出端输出TE0模式，以此达到简单偏振旋转分束器的目的。仿真结果表明，本发明的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器不仅可以解决偏振依赖性，还具有低损耗、低串扰、大带宽的优点，且整体器件尺寸较小。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，包括包层及嵌于所述包层内的主体结构，其特征在于，所述主体结构包括：
第一直波导；
模式转换器，包括第一锥形波导、第二锥形波导与第三锥形波导，所述第一锥形波导的输入端连接所述第一直波导的输出端，所述第二锥形波导的输入端连接所述第一锥形波导的输出端，所述第三锥形波导位于所述第一锥形波导及所述第二锥形波导的上表面，且所述第三锥形波导的输入端连接所述第一直波导；
反向锥形耦合器，包括平行间隔设置的波导组与第四锥形波导，所述波导组的输入端连接所述模式转换器的输出端；
第二直波导，所述第二直波导的输入端连接所述波导组的输出端；
S型弯曲波导，所述S型弯曲波导的输入端连接所述第四锥形波导的输出端，所述S型弯曲波导包括依次相连的第一弧形弯曲段与第二弧形弯曲段，所述第一弧形弯曲段与所述第二直波导的平均间隔距离小于所述第二弧形弯曲段与所述第二直波导的平均间隔距离；
第三直波导，所述第三直波导的输入端连接所述S型弯曲波导的输出端。
2.根据权利要求1所述的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，其特征在于：第一直波导、所述波导组、所述第四锥形波导、所述第二直波导、所述S型弯曲波导及所述第三直波导的厚度相同，所述第一锥形波导与所述第二锥形波导位于同一层且厚度相同，所述第一锥形波导与所述第三锥形波导的叠加厚度等于所述第一直波导的厚度。
3.根据权利要求1所述的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，其特征在于：所述第一锥形波导的输入端宽度等于所述第一直波导的输出端宽度，所述第一锥形波导的输出端宽度大于所述第一锥形波导的输入端宽度；所述第二锥形波导的输入端宽度等于所述第一锥形波导的输出端宽度，所述第二锥形波导的输出端宽度小于所述第二锥形波导的输入端宽度；所述第三锥形波导的输入端宽度等于所述第一锥形波导的输入端宽度，所述第三锥形波导的输出端宽度大于所述第三锥形波导的输入端宽度且等于所述第二锥形波导的输出端宽度；所述波导组的输入端宽度等于所述第三锥形波导的输出端宽度；所述第二直波导的输入端宽度等于所述波导组的输出端宽度；所述第四锥形波导的输出端宽度大于所述第四锥形波导的输入端宽度；所述S型弯曲波导的输入端宽度与输出端宽度相等，并等于所述第四锥形波导的输出端宽度，所述第三直波导的宽度等于所述S型弯曲波导的输出端宽度。
4.根据权利要求1所述的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，其特征在于：所述第一锥形波导、所述第二锥形波导及所述第三锥形波导均为等腰梯形波导，所述第四锥形波导为直角梯形波导。
5.根据权利要求1所述的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，其特征在于：所述波导组包括依次连接的第四直波导、第一直角梯形波导、第二直角梯形波导、第三直角梯形波导、第四直角梯形波导、第五直角梯形波导、第六直角梯形波导、第七直角梯形波导、第八直角梯形波导及第五直波导。
6.根据权利要求5所述的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，其特征在于：所述第一直角梯形波导、所述第二直角梯形波导、所述第三直角梯形波导、所述第四直角梯形波导、所述第五直角梯形波导、所述第六直角梯形波导、所述第七直角梯形波导及所述第八直角梯形波导的直角腰所在端面位于同一平面，且面向所述第四锥形波导。
7.根据权利要求5所述的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，其特征在于：所述第一直角梯形波导的输入端宽度等于所述第四直波导的宽度，且所述第一直角梯形波导的输出端宽度小于所述第一直角梯形波导的输入端宽度；所述第二直角梯形波导的输入端宽度等于所述第一直角梯形波导的输出端宽度，且所述第二直角梯形波导的输出端宽度大于所述第二直角梯形波导的输入端宽度；所述第三直角梯形波导的输入端宽度等于所述第二直角梯形波导的输出端宽度，且所述第三直角梯形波导的输出端宽度小于所述第三直角梯形波导的输入端宽度；所述第四直角梯形波导的输入端宽度等于所述第三直角梯形波导的输出端宽度，且所述第四直角梯形波导的输出端宽度小于所述第四直角梯形波导的输入端宽度；所述第五直角梯形波导的输入端宽度等于所述第四直角梯形波导的输出端宽度，且所述第五直角梯形波导的输出端宽度小于所述第五直角梯形波导的输入端宽度；所述第六直角梯形波导的输入端宽度等于所述第五直角梯形波导的输出端宽度，且所述第六直角梯形波导的输出端宽度小于所述第六直角梯形波导的输入端宽度；所述第七直角梯形波导的输入端宽度等于所述第六直角梯形波导的输出端宽度，且所述第七直角梯形波导的输出端宽度小于所述第七直角梯形波导的输入端宽度；所述第八直角梯形波导的输入端宽度等于所述第七直角梯形波导的输出端宽度，且所述第八直角梯形波导的输出端宽度小于所述第八直角梯形波导的输入端宽度；所述第五直波导的宽度等于所述第八直角梯形波导的输出端宽度。
8.根据权利要求1所述的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，其特征在于：所述第一弧形弯曲段的弧度与所述第二弧形弯曲段的弧度均为90°。
9.根据权利要求1所述的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，其特征在于：所述第一直波导用于接收TE0/TM0混合模式光，所述模式转换器用于将所述TE0/TM0混合模式光转换为TE0/TE1混合模式光；所述反向锥形耦合器用于将所述波导组接收的TE0/TE1混合模式光中的TE0模式光输出至所述第二直波导，并将其中的TE1模式光转换为TE0模式并耦合至所述第四锥形波导；所述S型弯曲波导用于将来自所述第四锥形波导的TE0模式光输出至所述第三直波导；所述第二直波导用于输出来自所述波导组的TE0模式光，所述第三直波导用于输出来自所述S型弯曲波导的TE0模式光。
10.根据权利要求1所述的基于反向锥形耦合器结构的偏振旋转分束器，其特征在于：所述主体结构的材料包括硅，所述包层的材料包括二氧化硅。
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