CN1605037A - 与偏振无关的平面型光隔离器 - Google Patents

Abstract

一种平面型光隔离器包括基底，第一模式分离器，第二模式分离器和形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上的相移区。第一模式分离器形成在基底上，通过输入口接收入射光信号，并把这入射光信号分离成第一入射模式和第二入射模式。第二光分离器形成在基底上，并组合第一旋转入射模式和第二旋转入射模式在输出口来还原该入射光信号。第二模式分离器在输出口接收反射光信号，并把该反射光信号分离成第一反射模式和第二反射模式。相移区形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上，并包括非互易相移段和互易相移段。

Description

与偏振无关的平面型光隔离器

优先权申请

本申请要求于2001年10月17日提交的第09/982.572美国专利申请的优先权利益。

技术领域

本发明一般涉及一种光学器件，准确地说，涉及一种与偏振无关的平面型光隔离器。

背景技术

光隔离器已应用在各种光学系统中来减少有害地影响该系统操作中的反射，诸如中断激光器的振荡和/或干扰在线的光放大器。已知的多种光隔离器采用种类繁多的部件来完成光隔离。例如，非平面型光隔离器一般都采用双折射晶体板(例如，金红石)，半波板和封闭柘榴石或具有外磁体的非封闭柘榴石。

光环行器也应用于各种光学系统中，例如把双向光纤耦合到输入光纤和输出光纤两者。非平面型光环行器通常也采用双折射晶体板(例如，金红石)，半波板和封闭柘榴石或具有外磁体的非封闭柘榴石。

金红石是一种双折射材料，它一般把光线至少分为两种正交光(即，正常光和异常光)。当在光隔离器或光环行器中使用时，通常至少一块金红石起着离散(walk-off)元件的作用，同时第一金红石一般把进入的光信号分离成正常和异常的分量光束，而紧接前面的(即：第二)金红石通常使这两束分离的光束变成一致并还原成原来的进入光信号。当应用在光隔离器和光环行器时，一般，闭锁的柘榴石单向地转动输入信号的分量光束达45度，并通常采用半波片来反复地转动这分量光束，再加上45度。

由于近来用于密集型波分复用(DWDM)系统中的光隔离器和光环行器的需要增加，所以降低光隔离器和光环行器的尺寸和成本变得愈来愈重要。因此，发展采用标准半导体制造技术制造的实用平面型光学器件(例如，光隔离器和光环行器)是合乎需要的。

发明内容

本发明一实施例的目标是一种包括基底，第一模式分离器，第二模式分离器和形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上的相移区。第一模式分离器形成在基底上，通过输入口接收输入光信号，并把该输入光信号分离为第一入射模式和第二入射模式。第二模式分离器形成在基底上，并组合第一旋转入射模式和第二旋转入射模式在输出口来还原该输入光信号。第二模式分离器在输出口接收反射光信号并把这反射光信号分离成第一反射模式和第二反射模式。相移区形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上，并包括非互易的相移段和互易的相移段。相移区通过反射的光信号，并不改变它的模式，但产生第一入射模式变为第二旋转入射模式和第二入射模式变为第一旋转入射模式。第一模式分离器传导第一反射模式和第二反射模式离开输入口。

在随后的详细描述中将陈述本发明更多的特性和优点，而从这描述或在随后的权利要求和附图一起的描述中所描述的通过本发明实践的认知会使在本技术领域中的技术员明白这些特性和优点。

要知道本发明前面的描述仅是示范性的，为的是想要为对正如在权利要求书中所规定的本发明的本质和特性的理解提供一个概述。把附图包括在内以提供对本发明的进一步了解，并并入本说明书和构成一个部分。附图示出本发明的各种特性和实施例，与它们的描述在一起用来解释本发明的原理和操作。

附图简述

图1是根据本发明一实施例平面型光隔离器的部分分解透视图；

图2A是根据本发明一实施例的图1中隔离器的横截面图，它取自沿直线II-II，示出经过第一模式分离器的入射光信号第一入射模式的路径；

图2B是图1中隔离器的横截面图，它取自沿II-II直线，示出经过第一模式分离器的入射光信号第二入射模式的路径；

图3是根据本发明的图1中隔离器的顶视图，在移去包层的情况下，示出经过隔离器核心层的入射光信号分量的传播；

图4是根据本发明的图1中隔离器的顶视图，在移去包层的情况下，示出经过隔离器核心层的反射光信号分量的传播；

图5A-5E是在各个制作阶段期间，图1中隔离器的透视图；

图6A是画出各种结构尺寸的图1中隔离器的顶视图；

图6B是画出各种其它结构尺寸，取自沿直线A-B的图2中模式分离器的横截面图；

图7是沿直线A-B，对TE((电磁波)横向电场)和TM(横向磁场(电磁波))模式画出材料的有效折射率的图；以及

图8A-8B是画出分别由定向耦合器和Y形分叉型模式分离器的TE和TM模式的分离图。

具体实施方式

一种平面型光隔离器包括基底，形成在基底上的第一模式分离器，形成在基底上的第二模式分离器，以及形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上的相移区。与常规的Y形分叉型光束分离器相比(小于1°)，平面型光隔离器的模式分离器，具有比较大的分叉角(约7°)。有利的是，该平面型光隔离器在一较小的器件面积中(总长度小于约1200μm(微米))提供与偏振无关的光隔离，插入损耗低(例如，对TE和TM这两种模式，在1550nm(纳米)时都小于约0.2dB)和交叉干扰低(例如，大于40dB的降低)。为图示说明起见，较佳隔离器的附图是不按比例的，且部件的各种尺寸和角度已加以放大。

从参考图1开始，示出根据本发明一实施例中一种提供光隔离的平面型光隔离器100。该隔离器100包括基底102，较佳的是厚约500微米的钆镓柘榴石(GGG)基底，隔离器100的诸部件就形成在它的上面。应该了解的是可采用例如SGG和NGG的其它类型基底。正如在图5B中最佳地示出，多个多量子阱(MQW)结构104A-104D形成在基底102上。较佳的是，要把用作MQW结构104A-104D的材料选得使对传播到MQW结构104A-104D中TE模式的有效折射率与核心层106的折射率相同。这导致对TM模式的有效折射率小于核心层106的折射率，这就产生TM模式在各处MQW结构014A-104D发散。

由核心层106(即，一种磁光材料)将第1MQW结构104A(图1)是与第三MQW结构104B分开。较佳的是，核心层106是由铈取代的钆铁柘榴石(Ce:YIG)材料形成，厚约为900纳米，且每个MQW结构104A-104D较佳的是包括总层数为30层的Cu:YIG和二氧化硅(SiO₂)复合交替层厚约30纳米。把包层108(即：非磁性材料)形成在MQW结构104A-104D和核心层106的上面。包层108包括若干个肋110、112、114、116和118用来导引至少一部分入射光信号和反射光信号。较佳的是，肋110-118的宽度约为在5和7微米之间，高度约为50纳米，以及包层108的总厚度约为150纳米。

第一肋110和第二肋112通过在相移区120的第一侧的第一跨接肋114和通过在相移区120的第二侧的第二跨接肋116连接起来。在第一肋110和第一与第二跨接肋114和116之间的分叉角θ较佳的是约7°。同样，在第二肋112和第一与第二跨接肋114和116之间的分叉的θ较佳的是约7°。输入口111位于在第一肋110的第一端部下面的核心层106中，而第一肋引出口115则位于在第一肋110的第二端部下面的核心层106中。第二肋112包括位于在第二肋112第一端部下面的核心层106中的第二肋引出口19，和位于在第二肋112第二端部下面的核心层106中的输出口113。在一较佳的实施例中，在第一肋110和第二肋112的上面形成一磁体122以在核心层106中产生非互易地地旋转入射光信号和反射光信号约达45°的非互易相移段120A(参见图3)。较佳的是，磁体122由两层长度Lm约为180微米和宽度Lw为5和10微米之间的磁性薄膜做成(参见图6A)。

较佳的是，把聚酰亚胺半波片124结合入(例如，埋入)核心层106内来提供互易地旋转入射光信号和反射光信号约达45°的互易相移段120B(参见图3)。一种合适的聚酰亚胺半波片是由NTT-AT制作并在市场上销售的。应明白，非互易相移段120A都在相同方向(例如，顺时针)旋转入射光信号和反射光信号两者，而互易相移段120B在一个方向旋转入射光信号(例如，顺时针)却在相反方向(例如，逆时针)旋转反射光信号。

图1中隔离器100的一个部分(例如，第一模式分离器)的横截面图示于图2A。如图2A所示，进入输入口111的入射光信号的第一入射模式(例如，TE模式)经过核心层106沿着第一肋110而向着相移区120传播。不过，第一入射模式的渗漏部分沿着与第二入射模式的相同路径而传播。就是说，这渗漏部分沿着第一跨接肋114和第二肋12并在核心层106中沿着第二肋112向着相移区120而传播。正如在前面提到的，要选择位于第一肋110和第一跨接肋114的交点处的第一MQW结构104A的有效折射率，以便基本上通过入射光信号的第一入射模式(例如，TE模式)，使得第一入射模式继续沿着第一肋110传播。正如在图2B中最佳地示出的，进入输入口111的入射光信号的第二入射模式(例如，TM模式)沿着第一肋110传播，直至它遇到位于第一肋110和第一跨接肋114交点处的第一MQW结构104A时为止，在这个点上第二入射模式在它经过核心层106传播时，沿着第一跨接肋114而传播的。正如在前面提到的，这是由于第一MQW结构104A有效折射率所致，同样，位于第一跨接肋114和第二肋112交点处的第二MQW结构104C，引起入射光信号的第二入射模式沿着第二肋112向着相移区120传导。

引出肋118连接至相移区120和第一跨接肋114之间的第一肋110。正如在下面将作更详细描述，第一MQW结构104A较佳的是延伸到第一肋110和引出肋118的交点处，以便沿引出肋118基本上重新传导第二反射模式，并离开输入口111。换一种方法，可把另一MQW结构放在第一肋110和引出肋118的交点处，以沿着引出肋118传导第二反射模式，并离开输入口111。

图3是图1中具有包层108的隔离器100的顶视图，为清晰起见，移去了磁体122和聚酰亚胺半波片。图3示出由入射光信号的第一入射模式(便如，TE模式)和第二入射模式(例如，TM模式)所取的路径。在第一肋110和第一跨接肋114的交点处，入射光信号模式予以分离(这是由于第一MQW结构104A的折射率所致)。如图所示，第二入射模式经过核心层106，沿第一跨接肋114传导。第一入射模式继续沿在核心层106中的肋110传导。正如在前面讨论的，第一入射模式和第二入射模式的分离是由第一MQW结构104A和核心层106在折射率上的差别而引起的，正如通过第二入射模式所见到的那样。第一入射模式沿第一肋110在核心层106中传播进入相移区120内。在离开相移区120时，第一入射模式就转变为第二旋转入射模式(例如，TM模式)。

位于第一肋110和第二跨接肋116交点处的第三MQW结构104B，产生第二旋转入射模式沿第二跨接肋116经过核心层106而传播。在遇到第四MQW结构104D时，第二旋转入射模式就沿第二肋112向着输出口113传导。再一次，这时由于相对于核心层106的折射率，MQW结构104D的折射率较低所致。正如在前面讨论的，位于第一肋110和第一跨接114交点处的第一MQW结构104A基本上再传导第二入射模式，以便它是在核心层106中的第一跨接肋114所导引的。第二MQW结构104C放置在第一跨接肋114和第二肋112的交点处，来基本上再传导第二入射模式，使得它由第二肋112在核心层106中向着相移区120导引，并最后到输出口113。要把第二MQW结构104C设计得使它基本通过反射光信号的第一反射模式(例如，TE模式)，使得它由第二肋112导引离开输入口111。

在离去相移区120时，第二入射模式(例如，TM模式)就变成第一旋转入射模式(例如，TE模式)。第一旋转入射模式和第二旋转入射模式在第二跨接肋116和第二肋112的交点处重新结合，使得这两个信号在输出口113处还原成输入光信号，这是因为每个模式所传播的长度基本上是相同的。

移到图4，示出了反射光信号分量的路径。这反射光信号进入输出口113并沿第二肋112经过核心层106传播。在遇到第四MQW结构104D时，这反射光信号就分离成第一反射模式(例如，TE模式)和第二反射模式(例如，TM模式)。第二反射模式沿第二跨接肋116传播，而第一反射模式通过MQW结构104D，且沿第二肋112经相移区120传导。第二反射模式在第二跨接肋116和第一肋110的交点处遇到MQW结构104B。MQW结构104B的折射率是这样的，即使得第二反射模式在核心层106中沿第一肋110向着相移区120传导。与入射光信号不同，当反射光信号通过相移区120时，它的模式不会改变。要把MQW结构104C的折射率设计得使第一反射模式信号通过MQW结构104C通过并在核心层106中沿第二肋112传播，使得第一反射模式离开位于第二肋第一端部下面的第二肋引出口119。同样，第二反射模式通过相移区120，基本上不会改变，沿第一肋110传播，并在引出肋118和第一肋110的交点处遇到第一MQW结构104A时，就基本上由MQW结构104A引导，沿引出肋118传导并离开输入口111。

用于图1隔离器的示范性制作过程用图示于图5A-5E。一开始，在GGG基底上(另种方法可采用Sm₃Ga₅O₁₂(SGG)或Nd₃Ga₅O₁₂(NGG))在溅射室中(未示出)沉积Ce:YIG和SiO₂多层薄膜来形成MQW结构104A-104D。较佳的是，溅射室具有至少两个靶，其中一个用于Ce:YIG沉积，而另一个则用于SiO₂沉积。较佳的是用电阻加热器在550到750℃的范围内对基底102加热，并在不暴露于空气的条件下，通过改变基底102在每个靶上的位置制备多层薄膜。在形成多层MQW结构104A-104D时，对非互易的和补偿相移器(即，相移区120)的区域加以掩蔽。接着用光刻和腐蚀技术部分地移去多层薄膜如图5B所示的，一种合适的腐蚀技术可用磁中性回线放电(NLD)等离子体技术来实现，这技术与离子束溅射方法相比，它通常提供高的腐蚀速率。应注意的是，反应离子腐蚀(RIE)工艺在腐蚀柘榴石薄膜时通常是无效的。各种合适的NLD等离子体腐蚀剂广泛地用于半导体工业中。正如在图5C所示，然后把Ce:YIG薄膜溅射到腐蚀过的区域上。接着，如图5D所示，通过溅射沉积一层包层(例如，SiO₂)108，以及如图5E所示，采用光刻技术和NLD等离子体腐蚀形成诸肋。为获得非互易相移段，然后磁体122在非互易相移段120A的区域上形成(例如，通过气相沉积)，并把聚酰亚胺半波片124埋入核心层106中来形成互易相移区段120B。应明白，该磁体对饱和在下面的柘榴石薄膜是需要的。还应明白，其它诸如TiO₂的材料可用作包层(只要维持n_核心(MQW)＞n_覆盖)，并可加强柘榴石波导的非互易效应。也考虑过采用可封闭材料来获得非互易的旋转效应，这种材料不需要磁体。这基底应选得使n_核心(MQW)＞n_基底。

应知道，图1中平面型光隔离器的结构尺寸和材料。正如在图6A中进一步画出的，影响隔离器100的光学性质。所选择的在隔离器100中构成MQW结构诸层材料的厚度和折射率这两者都会影响对其它部件材料和尺寸的选择。参考图6A、6B和7在下面陈述几个设计公式。这结构的双折射性，N^m，被定义为：

$\mathrm{\ΔNm}=(N_{\mathrm{eq}1}^m-N_{\mathrm{eq}3}^m)/N_{\mathrm{eq}1}^m$

此处Neq是沿直线A-B(参见图2A和7)的有效折射率。波导相对折射率差，ΔW^m，定义为：

此处m或是TE模式或是TM模式。归一化频率，v_x ^m，定义为：

$V_x^m=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\frac{a}{2}{N}_{\mathrm{eq}1}^m{\left(2\mathrm{\ΔWm}\right)}^{1/2}$

此处‘a’是肋宽，‘λ’是波长，以及m或是TE模式或是TM模式。

要设计光束分离器，必须确定MQW结构的结构参数值。就是说，隔离器性质(即，隔离)依赖于MQW结构的结构参数。示于图6B的MQW结构由两种各具有不同折射率的材料组成。因为由周期地层叠的高折射率和低折射率诸层(具有的厚度比工作波长约小1/10)组成的多层具有大的光各向异性，所有在，例如，1550纳米时具有高透明度的材料都可是作为MQW结构层的选择材料。另一方面，沿直线A-B有效折射率的分布(参见图2A)较佳的是(N_eq1)^TE＝(N_eq3)^TE，如图7所示，以便把在光束分离器中的交叉干扰降低至最大限度。为实现大于40dB的隔离，要把在模式之间交叉干扰降低至最大限度，降低40dB是合乎需要的。条件[(N_eq1)^TE＝(N_eq3)^TE]是通过调节为MQW结构所选材料的厚度(‘dH’和‘dL’)，折射率(‘nH’和‘nL’)以及相当于核心厚度‘DC’的总的层厚度‘dM’来取得的。

MQW结构为TM模式，还提供结构的双折射性(ΔN^TM)，为取得大的分叉角(参见图6A)，(ΔN^TM)需要大一点，并受到‘dH’、‘dL’、‘Δn’、‘dM’、‘N’和包括肋高度(‘dC’加‘h’)的包层厚度的影响。一般，为得到大的ΔN^TM，提高‘Δn’和‘dM’和减少‘N’是需要的。应把‘dM’和‘N’的值选择到满足光束进入分离器的单模条件。通过光束分离器核心的光具有在多模式中传播的倾向同时提高‘dM’和用降低的‘N’。

MQW结构的合适的结构参数通过采用InP(低折射率材料：n＝3.1694)，Ga_0.4In_0.6As_0.86P_0.14(高折射率材料：n＝3.4975)和Ga_0.24In_0.76As_0.508P_0.492(核心层材料：n＝3.3487)来获得。如果是这样，则Δn＝0.33，dH＝28nm，dL＝25nm，dH(DC)＝876nm，N＝33层，以及ΔN^TM＝0.1％。

只要Δn为0.33的材料，为制作MQW结构提供合适的参数值。例如，Ce置换的YIG(Ce:YIG[Ce_xY_3-xFe₅O₁₂]，决定X应使n＝2.0，GGG(Gd₃Ga₅O₁₂，n＝2.3)，以及Ce_xY_3-xFe₅O₁₂(决定X应使n＝2.1)分别作为低折射率材料，高折射率材料和核心层是合用的。也可实现由_Ce:YIG/SiO₂(Δn等于0.5-0.8)组成的MQW结构。

对于肋宽‘a’的合适值是在5到10微米的范围内，通常，它使与其它器件的耦合效率成为最大。为要获得在5和10微米之间的肋宽‘a’，可结合对波导折射率(ΔW^m)的考虑选择对包层厚度‘dc’和肋高‘h’适合的值。与核心层和MQW结构的折射率相比，包层的折射率应该是小的。因为波导折射率差，在‘dc’和‘h’的值变动时，对TM模式(ΔW^TM)比对TE模式的波导折射率要大，所以在模式分离器/隔离器中，应该利用ΔW^TM值来选择对‘dc’和‘h’的值。对最大程度地降低交叉干扰，就想要较低的ΔW^TM值。在端口111处输入的TM模式往往以增加的ΔW^TM值传播到端口115。在模式分离器/隔离器中，1/10中的百分之一的ΔW^TM是合乎衰减交叉干扰达40dB(不过，当ΔW^TM＜0.1％时，肋宽‘a’的值对连接许多其它的器件时成为太大(例如，＞10微米)。所以，较佳地选择‘dc’和‘h’的值使‘a’设置在约5到10微米的范围内，而ΔW^TM约为1/10的百分之一。通常，较薄的‘dc’和/或较厚的‘h’给出较高的ΔW^TM值。而且，为了要维持单模光传播，对在方向X传播的归一化频率值(V_x ^TM)应约为1.5才合乎需要。为获得约为5微米的‘a’值，当MQW结构是InP/Ga_0.4In_0.6As_0.86P_0.14，核心层是Ga_0.24In_0.76As_0.508P_0.492以及采用InP的包层时，对‘dc’合适的值约为117纳米和对‘h’合适的值为55纳米。与上面的例子相比，采用Ce:YIG/GGG MQW结构，Ce:YIG核心层(n＝2.0)和Ce:YIG包层(n＝2.1)的隔离器对‘dc’和‘h’提供较小的值。不过，‘dc’对‘h’的比率大致是相同的值，即，约为2∶1。

根据斯耳(折射)定律在光束分离器中的最大总的反射角θc定义如下：

$\mathrm{\θc}=2{\cos }^{-1}\left(\frac{N_{\mathrm{eq}3}^{\mathrm{TM}}}{N_{\mathrm{eq}1}^{\mathrm{TM}}}\right)$

如上所讨论的，合适的7°交叉角可降低大于40dB的交叉干扰。大于从上面公式计算的最大角约60％的值可使模式分离具有大于40dB的交叉干扰降低。通常，端口的分离距离‘Ls’(参见图6A)应大于20微米以避免在TE模式和TM模式之间的模式耦合。具有Ce:YIG/GGG MQW结构，Ce:YIG核心层(n＝2，1)和Ce:YIG包层(n＝2.0)具有交叉角θ等于7°的光束分离器总长度具有两个模式分离器(约850微米)和柘榴石波导长度的长度之和的总隔离器长度。

具有一般公式为Re₃Fe₅O₁₂(此Re可以是Y，La，Bi和三价稀土离子等)的铁柘榴石薄膜可作为磁光(非互易的)材料是众所周知的，且适于作为用于在本文所描述的平面型光隔离器的核心/波导材料。其它具有非互易性质的材料也可作为核心/波导薄层的选择材料。一般，具有单相的各种柘榴石薄膜已经通过液相外延法(LPE)和气相外延工艺获得。例如，已经提议(BiY)₃Fe₅O₁₂，(LaGa₃)Fe₅O₁₂，(CeY)₃Fe₅O₁₂，(YbPrBi)₃(FeGa)₅O₁₂，(FeGa)5012，(YBi)₃(FeGa)₅O₁₂和(YBi)₃(FeAl)₅O₁₅在与偏振无关的平面型隔离器中用作波导材料。不过，根据报导只有Bi和Ce取代的YIG(Bi:YIG和Ce:YIG)薄膜已通过气相沉积法实现。在制作于本文描述的平面型光隔离器中，当波导被埋入制作在同一基底上的模式隔离器之间的时候，通常必须采用气相外延工艺来形成作为波导的柘榴石薄膜波导。对在本文描述的平面型隔离器采用Bi:YIG和Ce:YIG薄膜的柘榴石波导是切实可行的。较佳的是选用Ce:YIG薄膜，因为它们通常提供大的法拉第旋转角(约4000-5000度/cm)。为获得法拉第旋转角约为45°，长度‘Lm’约为100微米，这对能实现比较短的隔离器是有利的。在本文描述的较佳隔离器，通常可在器件总长度约为950微米下实现。

为了获得大的法拉第旋转角，就要把Ce:YIG薄膜结晶化。所以，较佳的是采用具有与Ce:YIG薄膜的晶格常数几乎相同晶格常数的那些基底来提供结晶化的Ce:YIG薄膜。不过，在玻璃(例如，无定形玻璃)和/或其它晶体基底上的无定形Ce:YIG(a-Ce:YIG)薄膜可通过在O₂大气中在某一温度的退火来使它结晶化。如果对Ce:YIG薄膜存在着结晶温度条件，则可采用任何基底。对选择基底的一个重要考虑是要满足n_核心(MQW)＞n_基底的条件。为了要在同一基底上集成具有激光器的隔离器，需要一种用于激光器基底的III-V族化合物基底。如果是这样，用于核心层和MQW结构的材料要选得使n_核心(MQW)＞n_III-V基底。采用Ce:YIG薄膜的另一优点是它们提供每厘米约0.06至0.45dB的低插入损耗。

较佳的是，在本文描述的平面型隔离器，采用诸如显示良好的平面上C轴准直的钐钴薄膜磁体。采和以薄膜为基的磁体优点是，它能直接沉积到隔离器的包层上。较佳的是，磁体薄膜沉积到具有宽度‘lW’在5到10微米之间的长度‘Lm’约为100微米的柘榴石波导上面。

较佳的是，半波片124插入到制作在隔离器100波导中的沟槽中。因为较宽的沟槽宽度，通常会导致较大的衍射损耗，所以沟槽宽度一般应小于约30微米以获得小于0.1dB的衍射损耗。目前，只有由NTT-AT(原约16微米)提供的聚酰亚胺波片满足这个标准。在波片上可沉积一种抗反射薄膜，以便降低在沟槽小面和波片之间的反射。换一种方法，以相对于波导一个角(例如，一个8°的角)来制作沟槽以降低反射。

一般，已经采用两类模式分离器。第一模式分离器是定向耦合器类型，而第二模式分离器是Y形分叉型。在定向耦合器类型中，TE/TM模式分离是由采用在TE膜式和TM模式之间理想的耦合长度之差(图8A)来实施的。定向耦合器的器件长度比它的理想的耦合常度的器件长度长，并可长出几十厘米。另一方面，Y形分叉型分离器通过采用对TE模式和TM模式具有不同折射率的非对称波导(图8B)来实现TE/TM模式的分离。已报导这些模式分离器的分叉角θ是小于1°的，它提供的器件总长度为几厘米到几十厘米。正如在上面所讨论的，用于在本文描述的隔离器中模式分离器的长度，与其它模式分离器的长度相比，由于它大的分叉角，所以是较短的，而同时至少降低交叉干扰约40dB。

因此，已描述了一种平面型光隔离器，这种隔离器包括基底，形成在该基底上的第一模式分离器，形成在该基底上的第二模式分离器以及形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上的相移区。该平面型光隔离器在较小的器件面积上提供具有低插入损耗的与偏振无关的光隔离。

对在本技术领域中的技术人员将会明白，可在不背离如在所附权利要求书中规定的本发明的精神实质或范围的情况下作出如本文描述的对本发明较佳实施例的各种修改。

Claims (10)

1、一种平面型光隔离器，其特征在于，包括：

基底，

第一模式分离器，形成在基底上，该第一模式分离器通过输入口接收入射光信号并把该入射光信号分离为第一入射模式和第二入射模式；

第二模式分离器，形成在基底上，其中该第二模式分离器组合第一旋转入射模式和第二旋转入射模式，在输出口还原该入射光信号，而其中第二模式分离器在输出口接收反射光信号并把该反射光信号分离为第一反射模式和第二反射模式；以及

相移区，形成在第一模式分离器和第二模式分离器之间的基底上，其中该相移区包括非互易相移段和互易相移段，该相移区通过反射光信号时，不改变它的模式，但使第一入射模式变成第二旋转模式和第二入射模式变成第一旋转入射模式，且其中第一模式分离器引导第一反射模式和第二反射模式离开输出口。

2、根据权项1所述隔离器，其特征在于，其中隔离器还包括：

多个多量子阱(MQW)结构，形成在该基底上；

核心层，形成在其底上，该核心层分开该多个MQW结构，该核心层包括相移区；

包层，形成在该多个MQW结构和该核心层上，该包层包括：

第一肋，用于经过至少一部分核心层导引至少一部分入射光信号和反射光信号，其中输入口置于第一肋的第一端部下面的核心层中以及第一肋引出口置于第一肋的第二端部下面的核心层中；

第二肋，用于经过至少一部分核心层导引至少一部分入射光信号和反射光信号，其中第二肋引出口置于在第二肋的第一端部下面的核心层中以及输出口置于在第二肋的第二端部下面的核心层中；

第一跨接肋，在相移区的第一侧上连接第一和第二肋，其中在第一肋和第一跨接肋交点处的第一MQW结构基本上重新传导第二入射模式，使得它由第一跨接肋导引并基本通过第一入射模式，使得它由第一肋导引，而其中在第二肋和第一跨接肋交点处的第二MQW结构基本上重新传导第二入射模式，使得它由第二肋向着输出口导引，并基本通过第一反射模式，使得它由第二肋导引离开输入口。

第二跨接肋，在相移区第一侧对面的第二侧上连接第一和第二肋，该相移区在通过反射光信号时，不改变它的模式，但造成第一入射模式变成第二旋转入射模式和第二入射模式变成第一旋转入射模式，其中在第一肋和第二跨接肋交点处的第三MQW结构基本上重新传导第二旋转入射模式，使得它由第二跨接肋导引并基本上重新传导第二反射模式，使得它由第一肋向着输入口导引，而其中在第二肋和第二跨接肋交点处的第四MQW结构基本上再传导第二旋转入射模式，使得它由第二肋向着输出口导引来与第一旋转入射模式组合以还原该输入光信号并基本上重新传导第二反射模式，使得它由第二跨接肋向着第一肋导引并通过第一反射模式，使得它由第二肋向着输入口导引；以及

引出肋，连接到在相移区和第一跨接肋之间的相移区第一侧上的第一肋，其中第一MQW结构延伸到第一肋和引出肋的交点，以便其本上沿引出肋重新传导第二反射模式并离开输入口。

3、根据权项2所述隔离器，其特征在于，其中第一肋和第二肋是基本平行的。

4、根据权项3所述隔离器，其特征在于，其中第一跨接肋和第二跨接肋是基本平行的。

5、根据权项1所述隔离器，其特征在于，其中在第一跨接肋和第一与第二肋之间的分叉角是在约5到10度的范围，和其中在第二跨接肋和第一和第二肋之间的分叉角是在约5到10度的范围。

6、根据权项1所述隔离器，其特征在于，其中基底是钆镓柘榴石(GGG)结构，核心层是铈钇柘榴石(Ce:YIG)层，且每层MQW结构包括多个交替的Ce:YIG层和二氧化硅(SiO₂)层。

7、根据权项6所述隔离层，其特征在于，其中包层是二氧化硅(SiO₂)和二氧化钛(TiO₂)中的一种。

8、根据权项1所述隔离层，其特征在于，其中非互易相移段包括放在包层邻近的磁体。

9、根据权项1所述隔离层，其特征在于，其中互易相移段是由结合在核心层内聚酰亚胺半波片所形成的。

10、根据权项1所述隔离层，其特征在于，其中第一入射模式，第一反射模式和第一旋转入射模式是横向电场(TE)模式以及第二入射模式，第二反射模式和第二旋转模式是横向磁场(TM)模式。

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