CN220526031U - 分束器及量子光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分束器及量子光源。分束器的输入波导段自第一方向延伸至第二方向，输入波导段在第二方向的折射率大于在第一方向的折射率；第一分离波导段及第二分离波导的宽度沿输入光波传播的方向变小；第一输出波导段及第二输出波导段均自第二方向延伸至第一方向；第二耦合波导段与第一耦合波导段间隔设置。输入光波中的TE偏振基模可以高效地通过第一分离波导段及第一输出波导段，输入光波中TM偏振基模转换的TE偏振高阶模可以高效地透过。输入波导段设置为自第一方向延伸至第二方向，并且第二方向上的折射率大于第一方向，可以缩短长度，使得分束器的长度降至数百微米。分束器在减小尺寸的同时，还可以实现光波的高效通过。

Description

分束器及量子光源

技术领域

本实用新型涉及光学元器件领域，特别涉及一种分束器及量子光源。

背景技术

随着平面光波导集成器件技术的日益发展，单片集成器中集成的部件数量快速地增加，集成系统复杂度迅速地提高。平面光波导集成器通常包括分束器，分束器是可将一束光分成两束光或多束光的光学装置。

分束器可以级联在功能性集成器件之前，用于对入射光信号的偏振态进行调控。目前，分束器的尺寸偏大，难以满足高精度集成需求。光波在分束器传输过程中损耗较大，透过率偏低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中光波在分束器传输过程中损耗较大，透过率偏低的上述缺陷，提供一种分束器及量子光源。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种分束器，所述分束器包括：输入波导段、锥形波导段、第一耦合波导段、第一分离波导段、第一输出波导段、第二耦合波导段、第二分离波导段及第二输出波导段，所述输入波导段自第一方向延伸至第二方向，所述输入波导段在第二方向的折射率大于所述输入波导段在第一方向的折射率；所述锥形波导段的小端与所述输入波导段相连通；所述第一耦合波导段与所述锥形波导段的大端相连通；所述第一输出波导段通过所述第一分离波导段与所述第一耦合波导段相连通，所述第一分离波导段的宽度沿输入光波传播的方向变小；所述第一输出波导段自第二方向延伸至第一方向；所述第二耦合波导段与所述第一耦合波导段间隔设置；所述第二输出波导段通过所述第二分离波导段与所述第二耦合波导段相连通；所述第二分离波导段的宽度沿输入光波传播的方向变小；所述第二输出波导段自第二方向延伸至第一方向。

在本方案中，通过采用以上结构，通过在第一耦合波导段和第一输出波导段之间设置第一分离波导段、第二耦合波导段和第二输出波导段之间设置第二分离波导段，从而输入光波中的TE偏振基模可以高效地通过第一分离波导段及第一输出波导段，输入光波中TM偏振基模转换的TE偏振高阶模可以高效地通过第一耦合波导段、第二耦合波导段、第一分离波导段和第二分离波导段转换为TE偏振基模。第一分离波导段可以避免TE偏振高阶模射入第二输出波导段，第二分离波导段可以阻止TE偏振高阶模转换的TE偏振基模射入第一输出波导段。进而可以实现入射光波中TM偏振基模的高效地转换为TE偏振基模，以及从第二输出波导段输出；可以实现入射光波中TE偏振基模和TM偏振基模的分束和高效率通过。通过将输入波导段设置为自第一方向延伸至第二方向，并且第二方向上的折射率大于第一方向，从而可以极大地缩短锥形波导段、第一耦合波导段、第二耦合波导段的长度，进而可以缩短分束器的长度，使得分束器的长度从数毫米降至数百微米。第一输出波导段、第二输出波导段自第二方向延伸至第一方向，可以使分束器内的光波沿原输入方向继续传播。分束器在减小尺寸的同时，还可以实现光波的高效通过。

较佳地，所述第一分离波导段与所述第二分离波导段之间的距离沿输入光波传播的方向变大。

在本方案中，通过采用以上结构，第一分离波导段与第二分离波导段之间的距离沿输入光波传播的方向变大，可以进一步避免TE偏振高阶模耦合回第一分离波导段，可以进一步阻止TE偏振基模耦合至第二分离波导段，进而可以实现入射光波中TM偏振基模的滤除，可以实现入射光波中TE偏振基模的分束及高效率透过。

较佳地，所述第一分离波导段的外侧边与所述第二波分离导段的外侧边之间的距离等于所述第一耦合波导段的外侧边与所述第二耦合波导段的外侧边之间的距离。

在本方案中，通过采用以上结构，可以减少光波损耗，可以提高透过率。较佳地，所述分束器还包括第三耦合波导段及第四耦合波导段，所述第三耦合波导段设于所述第一耦合波导段与所述第一输出波导段之间；所述第四耦合波导段与所述第三耦合波导段间隔设置。

在本方案中，通过采用以上结构，第三耦合波导段及第四耦合波导段可以进一步滤除杂光，减少杂光进入第一输出波导段，可以提高第一输出波导段的光波的纯度。

较佳地，所述第四耦合波导段的宽度小于所述第三耦合波导段的宽度；

和/或，所述第四耦合波导段的长度等于所述第三耦合波导段的长度；

和/或，所述第四耦合波导段的长度不大于光波中TE偏振高阶模全部转化为TE偏振基模的耦合长度。

在本方案中，通过采用以上结构，第四耦合波导段的长度不大于光波中TE偏振高阶模全部转化为TE偏振基模的耦合长度，从而可以更好地滤除TE偏振高阶模。

较佳地，所述分束器还包括变宽波导段，所述变宽波导段的输入端与所述第一输出波导段相连通，所述变宽波导段的输入端的宽度与所述第一输出波导段的宽度相等，所述变宽波导段的输出端用于连通至后续波导，所述变宽波导段的输出端的宽度与所述后续波导的宽度相等；

和/或，所述变宽波导段的输入端与所述第二输出波导段相连通，所述变宽波导段的输入端的宽度与所述第二输出波导段的宽度相等，所述变宽波导段的输出端用于连通至后续波导，所述变宽波导段的输出端的宽度与所述后续波导的宽度相等。

在本方案中，通过采用以上结构，变宽波导段便于与后续波导相连通，可以减少光波损耗，提高透过率。

较佳地，所述输入波导段包括相连通的输入直线段及输入弯曲段，所述输入直线段沿第一方向延伸，所述输入弯曲段自第一方向延伸至第二方向；

和/或，第一输出波导段包括相连通的第一输出弯曲段及第一输出直线段，所述第一耦合波导段与所述第一输出弯曲段相连通，所述第一输出弯曲段自第二方向延伸至第一方向，所述第一输出直线段沿第一方向延伸；

和/或，第二输出波导段包括相连通的第二输出弯曲段及第二输出直线段，所述第二耦合波导段与所述第二输出弯曲段相连通，所述第二输出弯曲段自第二方向延伸至第一方向，所述第二输出直线段沿第一方向延伸。

在本方案中，通过采用以上结构，输入波导段设置为包括相连通的输入直线段及输入弯曲段，结构简单、便于制造。

第一输出波导段包括相连通的第一输出弯曲段及第一输出直线段、第二输出波导段包括相连通的第二输出弯曲段及第二输出直线段，结构简单、便于制造。

所述输入波导段能够使输入光波中的TM偏振基模无损通过。

在本方案中，通过采用以上结构，可以降低光波损耗，提高透过率。

较佳地，所述分束器的波导材料为铌酸锂，所述第一方向为所述铌酸锂的Y向，所述第二方向为所述铌酸锂的Z向。

在本方案中，通过采用以上结构，分束器采用铌酸锂波导，可以极大的缩短分束器的长度，提高透过率。

较佳地，所述分束器的波导材料包括各向异性材料；

和/或，所述第一耦合波导的宽度与所述第二耦合波导段的宽度不同。

一种量子光源，所述量子光源包括如上所述的分束器。

在本方案中，通过采用以上结构，量子光源包括如上的分束器，可以减小量子光源的尺寸，提高量子光源的光波传输效率。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型通过在第一耦合波导段和第一输出波导段之间设置第一分离波导段、第二耦合波导段和第二输出波导段之间设置第二分离波导段，从而输入光波中的TE偏振基模可以高效地通过第一分离波导段及第一输出波导段，输入光波中TM偏振基模转换的TE偏振高阶模可以高效地通过第一耦合波导段、第二耦合波导段、第一分离波导段和第二分离波导段转换为TE偏振基模。第一分离波导段可以避免TE偏振高阶模射入第二输出波导段，第二分离波导段可以阻止TE偏振高阶模转换的TE偏振基模射入第一输出波导段。进而可以实现入射光波中TM偏振基模的高效地转换为TE偏振基模，以及从第二输出波导段输出；可以实现入射光波中TE偏振基模和TM偏振基模的分束和高效率通过。通过将输入波导段设置为自第一方向延伸至第二方向，并且第二方向上的折射率大于第一方向，从而可以极大地缩短锥形波导段、第一耦合波导段、第二耦合波导段的长度，进而可以缩短分束器的长度，使得分束器的长度从数毫米降至数百微米。第一输出波导段、第二输出波导段自第二方向延伸至第一方向，可以使分束器内的光波沿原输入方向继续传播。分束器在减小尺寸的同时，还可以实现光波的高效通过。

附图说明

图1为本实用新型实施例分束器俯视的结构示意图。

图2为本实用新型实施例另一种分束器俯视的结构示意图。

图3为本实用新型实施例第三分束器俯视的结构示意图。

图4为本实用新型实施例分束器剖视的结构示意图。

图5为本实用新型实施例分束器另一剖视的结构示意图。

图6为本实用新型实施例分束器中铌酸锂波导的有效折射率与波导宽度对应关系的示意图，其中，铌酸锂波导为X切Y传。

图7为本实用新型实施例分束器中铌酸锂波导的有效折射率与波导宽度对应关系的示意图，其中，铌酸锂波导为X切Z传。

图8为图2分束器的透过率与输入光波的波长对应关系示意图。

图9为图2分束器的透过率与波导宽度误差对应关系示意图。

附图标记说明：

分束器100

输入波导段11

锥形波导段12

第一耦合波导段13

第一输出波导段14

第三耦合波导段15

第四耦合波导段16

变宽波导段17

第一分离波导段18

第二耦合波导段23

第二输出波导段24

第二分离波导段25

包层31

波导层32

埋氧层33

衬底34

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在实施例的范围之中。

如图1至图9所示，本实施例包括分束器100及量子光源，其中量子光源包括分束器100。

分束器100可以包括：输入波导段11、锥形波导段12、第一耦合波导段13、第一分离波导段18、第一输出波导段14、第二耦合波导段23、第二分离波导段25及第二输出波导段24，输入波导段11自第一方向延伸至第二方向，输入波导段11在第二方向的折射率大于输入波导段11在第一方向的折射率；锥形波导段12的小端与输入波导段11相连通；第一耦合波导段13与锥形波导段12的大端相连通；第一输出波导段14通过第一分离波导段18与第一耦合波导段13相连通，第一分离波导段18的宽度沿输入光波传播的方向变小，第一输出波导段14自第二方向延伸至第一方向；第二耦合波导段23与第一耦合波导段13间隔设置；第二输出波导段24通过第二分离波导段25与第二耦合波导段23相连通；第二分离波导段25的宽度沿输入光波传播的方向变小，第二输出波导段24自第二方向延伸至第一方向。

通过在第一耦合波导段13和第一输出波导段14之间设置第一分离波导段18、第二耦合波导段23和第二输出波导段24之间设置第二分离波导段25，从而输入光波中的TE偏振基模可以高效地通过第一分离波导段18及第一输出波导段14，输入光波中TM偏振基模转换的TE偏振高阶模可以高效地透过第二分离波导段25及第二输出波导段24，第一分离波导段18可以避免TE偏振高阶模射入，第二分离波导段25可以阻止TE偏振基模射入。进而可以实现入射光波中TM偏振基模的滤除，可以实现入射光波中TE偏振基模的分束及高效率透过。通过将输入波导段11设置为自第一方向延伸至第二方向，并且第二方向上的折射率大于第一方向，从而可以极大地缩短锥形波导段12、第一耦合波导段13、第二耦合波导段23的长度，进而可以缩短分束器100的长度，使得分束器100的长度从数毫米降至数百微米。第一输出波导段14、第二输出波导段24自第二方向延伸至第一方向，可以使分束器100内的光波沿原输入方向继续传播。分束器100在减小尺寸的同时，还可以实现光波的高效通过。

光波可以理解为电磁波的一种，光波中的TE偏振基模、TE偏振高阶模可以叫做横电模，指的是电场方向与传播方向垂直的。光波中的TM偏振基模可以叫做横磁模，指的是磁场方向与传播方向垂直的。

分束器100还可以包括：输入波导段11、锥形波导段12、第一耦合波导段13、第一输出波导段14、第二耦合波导段23及第二输出波导段24，输入波导段11自第一方向延伸至第二方向，输入波导段11在第二方向的折射率大于输入波导段11在第一方向的折射率；锥形波导段12的小端与输入波导段11相连通；第一耦合波导段13与锥形波导段12的大端相连通；第一输出波导段14与第一耦合波导段13相连通，第一输出波导段14自第二方向延伸至第一方向；第二耦合波导段23与第一耦合波导段13间隔设置；第二输出波导段24与第二耦合波导段23相连通，第二输出波导段24自第二方向延伸至第一方向。通过将输入波导段11设置为自第一方向延伸至第二方向，并且第二方向上的折射率大于第一方向，从而可以极大地缩短锥形波导段12、第一耦合波导段13、第二耦合波导段23的长度，进而可以缩短分束器100的长度，使得分束器100的长度从数毫米降至数百微米。第一输出波导段14、第二输出波导段24自第二方向延伸至第一方向，可以使分束器100内的光波沿原输入方向继续传播。

输入波导段11可以理解为接收外部光波，并将光波传导至锥形波导段12。输入波导段11的输入光波沿第一方向输入，在输入波导段11内，光波缓变为沿第二方向传播。

锥形波导段12可以理解为两端宽度不同的波导。锥形波导段12的俯视图整体可以为等腰梯形，也可以为多个顺次连通的等腰梯形。锥形波导段12可以设置为将输入光波中的TM偏振基模缓变为TE偏振高阶模。锥形波导段12还可以设置为绝热传输。锥形波导段12沿第二方向设置。

第一耦合波导段13与第二耦合波导段23组成非对称平行耦合器。第一耦合波导段13与第二耦合波导段23可以为两根宽度不变、平行设置的波导。第一耦合波导段13与第二耦合波导段23均沿第二方向设置。光波可以自第一耦合波导段13耦合至第二耦合波导段23。第一耦合波导段13与第二耦合波导段23也可以为两根平行设置的梯形波导。

第一输出波导段14及第二输出波导段24均可以设置为绝热传输。第一输出波导段14及第二输出波导段24用于将沿第二方向输入的光波缓变为沿第一方向传播。

可以理解，第一方向及第二方向为不同的方向，第一方向与第二方向之间的夹角可以为0°-180°。夹角可以优选45°、90°、135°等。第一方向及第二方向还可以按照波导材质的特性选择。

如图2所示，输入波导段11包括相连通的输入直线段及输入弯曲段，输入直线段沿第一方向延伸，输入弯曲段自第一方向延伸至第二方向。输入波导段11设置为包括相连通的输入直线段及输入弯曲段，结构简单、便于制造。

在图1中，输入波导段11为弧形波导，在其他实施例中，输入波导段11也可以为其他形状。

如图2所示，第一输出波导段14包括相连通的第一输出弯曲段及第一输出直线段，第一耦合波导段13与第一输出弯曲段相连通，第一输出弯曲段自第二方向延伸至第一方向，第一输出直线段沿第一方向延伸。

在图2中，第二输出波导段24包括相连通的第二输出弯曲段及第二输出直线段，第二耦合波导段23与第二输出弯曲段相连通，第二输出弯曲段自第二方向延伸至第一方向，第二输出直线段沿第一方向延伸。第一输出波导段14包括相连通的第一输出弯曲段及第一输出直线段、第二输出波导段24包括相连通的第二输出弯曲段及第二输出直线段，结构简单、便于制造。

在图2中，分束器100还包括第三耦合波导段15及第四耦合波导段16，第三耦合波导段15设于第一耦合波导段13与第一输出波导段14之间；第四耦合波导段16与第三耦合波导段15间隔设置。第三耦合波导段15及第四耦合波导段16可以进一步滤除杂光，减少杂光进入第一输出波导段14，可以提高第一输出波导段14的光波的纯度。

作为一种具体的实施方式，第四耦合波导段16的宽度小于第三耦合波导段15的宽度。第四耦合波导段16的长度等于第三耦合波导段15的长度。第四耦合波导段16的长度不大于光波中TE偏振高阶模全部转化为TE偏振基模的耦合长度。第四耦合波导段16的长度不大于光波中TE偏振高阶模全部转化为TE偏振基模的耦合长度，从而可以更好地滤除TE偏振高阶模。

分束器100还包括变宽波导段17，变宽波导段17的输入端与第一输出波导段14相连通，变宽波导段17的输入端的宽度与第一输出波导段14的宽度相等，变宽波导段17的输出端用于连通至后续波导，变宽波导段17的输出端的宽度与后续波导的宽度相等。

变宽波导段17的输入端与第二输出波导段24相连通，变宽波导段17的输入端的宽度与第二输出波导段24的宽度相等，变宽波导段17的输出端用于连通至后续波导，变宽波导段17的输出端的宽度与后续波导的宽度相等。变宽波导段17可以设置为绝热传输。

变宽波导段17便于与后续波导相连通，可以减少光波损耗，提高透过率。

变宽波导段17可以理解为宽带变化的波导段，具体而言，变宽波导段17的波导段的宽度可以变小，宽度也可以变大。

输入波导段11能够使输入光波中的TM偏振基模无损通过。可以降低光波损耗，提高透过率。

在图3中，分束器100还可以包括：输入波导段11、锥形波导段12、第一耦合波导段13、第一分离波导段18、第一输出波导段14、第二耦合波导段23、第二分离波导段25及第二输出波导段24，锥形波导段12的小端与输入波导段11相连通；第一耦合波导段13与锥形波导段12的大端相连通；第一输出波导段14通过第一分离波导段18与第一耦合波导段13相连通，第一分离波导段18的宽度沿输入光波传播的方向变小；第二耦合波导段23与第一耦合波导段13间隔设置；第二输出波导段24通过第二分离波导段25与第二耦合波导段23相连通；第二分离波导段25的宽度沿输入光波传播的方向变小。

通过在第一耦合波导段13和第一输出波导段14之间设置第一分离波导段18、第二耦合波导段23和第二输出波导段24之间设置第二分离波导段25，从而输入光波中的TE偏振基模可以高效地通过第一分离波导段18及第一输出波导段14，输入光波中TM偏振基模转换的TE偏振高阶模可以高效地通过第一耦合波导段13、第二耦合波导段23、第一分离波导段18和第二分离波导段25转换为TE偏振基模。第一分离波导段18可以避免TE偏振高阶模射入第二输出波导段24，第二分离波导段25可以阻止TE偏振高阶模转换的TE偏振基模射入第一输出波导段14。进而可以实现入射光波中TM偏振基模的高效地转换为TE偏振基模，以及从第二输出波导段24输出；可以实现入射光波中TE偏振基模和TM偏振基模的分束和高效率通过。

第一分离波导段18与第二分离波导段25之间的距离沿输入光波传播的方向变大。第一分离波导段18与第二分离波导段25之间的距离沿输入光波传播的方向变大，可以进一步避免TE偏振高阶模耦合回第一分离波导段18，可以进一步阻止TE偏振基模耦合至第二分离波导段25，进而可以实现入射光波中TM偏振基模的高效率转换，可以实现入射光波中TE偏振基模和TM偏振基模的分束及高效率透过。

第一分离波导段18的外侧边与第二波分离导段25的外侧边之间的距离等于第一耦合波导段13的外侧边与第二耦合波导段23的外侧边之间的距离。可以减少光波损耗，可以提高透过率。

第一耦合波导的宽度与第二耦合波导段23的宽度不同。

如图4及图5所示，分束器100局部剖视可以包括包层31、波导层32、埋氧层33及衬底34。

包层31的材质包括但不限于空气、二氧化硅、氮氧化硅、聚合物等光学包层31材料。

波导层32的材质包括但不限于铌酸锂晶体、各种掺杂铌酸锂、钽酸锂等各向异性材料；波导层32厚度包括但不限于200-900nm；波导层32的形状包括脊形波导和条形波导，波导层32的刻蚀深度包括但不限于200-900nm；波导层32的宽度根据工作波长通常在数百纳米至微米级；波导层32的长度根据实际需求可在数十到数百微米间。

埋氧层33的材料可以为二氧化硅，厚度范围可以为1000-5000um。

衬底34的材料包括但不限于硅、石英、铌酸锂等材料。

波导层32以铌酸锂为例，也就是分束器100的波导材料为铌酸锂，第一方向为铌酸锂的Y向，第二方向为铌酸锂的Z向。分束器100采用铌酸锂波导，可以极大的缩短分束器100的长度，提高透过率。

在其他示例中，分束器100的波导材料包括各向异性材料。各向异性材料具体还可以包括。

输入波导段11使光路方向由X切Y传变为X切Z传，光波的传输方向变化时，铌酸锂波导的折射率变化，模式杂化区域随之变化，如图6及图7所示。可见，在X且Z传中，模式杂化区域的波导宽度远小于在X且Y传中模式杂化区的波导宽度。也就是说，光路方向由X切Y传变为X切Z传，模式杂化区域对应的波导宽度变小，可以使得分束器100的尺寸更加紧凑。

输入波导段11尺寸还可以设计为使TM偏振基模无损通过的最小尺寸。

结合图2，在TE模式下，以TE偏振基模输入分束器100的输入波导段11，依次经过锥形波导段12、第一耦合波导段13、第一分离波导段18、第三耦合波导段15、第一输出波导段14和变宽波导段17，TE偏振基模不发生变化，仍保持TE偏振基模输出。

TE偏振基模从输入波导段11进入锥形波导段12，TE偏振基模为波导基模，TE偏振基模光经过锥形波导段12后，TE偏振基模不发生变化，仍为TE偏振基模。

TE偏振基模从锥形波导段12进入第一耦合波导段13后，第一耦合波导段13与第二耦合波导段23的宽度不同，TE偏振基模的折射率不匹配，TE偏振基模在第一耦合波导段13与第二耦合波导段23之间不发生能量转换，TE偏振基模始终在第一耦合波导段13中传输。

TE偏振基模从第一耦合波导段13进入第一分离波导段18，第一分离波导段18及第二分离波导段25的两根波导的TE偏振基模折射率失配，TE偏振基模在第一分离波导段18及第二分离波导段25之间不发生能量转换，TE偏振基模始终在第一分离波导段18中传输。

TE偏振基模从第一分离波导段18进第三耦合波导段15，第三耦合波导段15、第四耦合波导段16的波导宽度设置为右侧第三耦合波导段15的TE偏振高阶模与左侧第四耦合波导段16的TE偏振基模折射率匹配，TE偏振基模在两根波导间不发生能量转换，TE偏振基模始终在第三耦合波导段15中传输。

第一输出波导段14用于将X切Z传的TE偏振基模重新转换为X切Y传。第一输出波导段14的半径可以设计为使TE偏振基模光无损通过的最小尺寸。TE偏振基模从分束器100中输出。

TE偏振基模顺次经过锥形波导段12、第一耦合波导段13、第一分离波导段18、第三耦合波导段15、第一输出波导段14及变宽波导段17。TE偏振基模未进入第二分离波导段25及其后续波导。

结合图2，在TM模式下，以TM偏振基模输入分束器100的输入波导段11，依次经过锥形波导段12、第一耦合波导段13、第二耦合波导段23、第一分离波导段18、第二分离波导段25、第二输出波导段24，TM偏振基模转换为TE偏振高阶模、TE偏振基模，最后以TE偏振基模输出。

TM偏振基模从输入波导段11进入锥形波导段12，经过锥形波导段12缓变为TE偏振高阶模。

TE偏振高阶模从锥形波导段12进入第一耦合波导段13、第二耦合波导段23，左侧的第一耦合波导段13的TE偏振高阶模与右侧第二耦合波导段23的TE偏振基模折射率匹配。第一耦合波导段13、第二耦合波导段23的长度设计为左侧TE偏振高阶模部分能量沿传播方向部分耦合至右侧第二耦合波导段23。

TE偏振基模从第一耦合波导段13、第二耦合波导段23进入第一分离波导段18、第二分离波导段25，第一分离波导段18、第二分离波导段25的宽度可以设置为均绝热减小，左侧第一分离波导段18中的TE偏振高阶模剩余能量继续沿传播方向耦合至右侧的第二分离波导段25，已耦合至右侧第二分离波导段25中的TE偏振基模则不会耦合回左侧的第一分离波导段18。第一分离波导段18、第二分离波导段25的长度设计为左侧第一分离波导段18中的TE偏振高阶模剩余能量沿传播方向全部耦合至右侧的第二分离波导段25。

耦合进入第二分离波导段25的TE偏振基模进入第二输出波导段24，光路方向由X切Z传重新转回X切Y传，最后经过第二输出波导段24输出。

第一分离波导段18中剩余的TE偏振高阶模光进入第三耦合波导段15，第三耦合波导段15、第四耦合波导段16的宽度设置为右侧第三耦合波导段15的TE偏振高阶模与左侧第四耦合波导段16的TE偏振基模折射率匹配，剩余TE偏振高阶模光耦合进入第四耦合波导段16，第三耦合波导段15、第四耦合波导段16的长度设置为右侧第三耦合波导段15TE偏振高阶模剩余能量沿传播方向全部耦合至第四耦合波导段16。

第三耦合波导段15、第四耦合波导段16可以起到过滤残余TE偏振高阶模的作用。

第一输出波导设置为满足TE偏振基模无损通过的最小半径，可以起到进一步滤除残余TM偏振基模和TE偏振高阶模的作用。

作为一种具体的实施方式，分束器100的相关参数可以如下。

铌酸锂晶圆为X切，铌酸锂厚度为600nm，刻蚀深度为300nm；埋氧层33厚度为4.7um；包层31为空气。

输入波导段11的半径R₁＝100μm；锥形波导段12的输入宽度W₁＝2.56μm，输出宽度W₂＝2.56μm，长度L₁＝301μm；第一耦合波导段13、第二耦合波导段23的长度L₂＝59.63μm，第二耦合波导段23的宽度W₃＝1μm；第一分离波导段18、第二分离波导段25的长度L₃＝68.14μm，第一输出波导段14的宽度W₄＝1.75μm；第三耦合波导段15、第四耦合波导段16的长度L₄＝42.55μm，第四耦合波导段16的宽度W₅＝0.6μm；第二输出波导段24的半径R₂＝60μm；第一输出波导段14的半径R₃＝50μm；变宽波导段17的长度为30um。

该参数下，分束器100的整体尺寸为200um*520um，尺寸紧凑。

结合图8及图9，将波长为1550nm的光波输入分束器100，TM模式下，TM偏振基模转化为TE偏振基模的光效率为99.92％，该工作模式下另一端口串扰为-39.08dB，TE偏振高阶模的串扰为-52.45dB。TE模式下，TE偏振基模通过分束器100的效率为99.78％，另一端口串扰为-39.12dB。分束器100的损耗及串扰均超低。

具体而言，在图8中，在波长1450-1650nm的范围中，分束器100中TM偏振基模转化为TE偏振基模的效率均在90％以上，损耗均小于0.5个dB。由此可见，分束器100在200nm的工作带宽下都有较好的TM偏振基模转换表现，分束器100具有大带宽的特点；另外，分束器100 1dB带宽可达300nm。

结合图9，分束器100在波导宽度产生工艺误差时的工作表现如图9所示。由此可见，在宽度工艺误差为±90nm以内时，TM偏振基模转化为TE偏振基模的效率均在80％以上，损耗均小于1个dB，分束器100具有大工艺误差容忍度的优点。

本实施例还包括一种量子光源，量子光源包括如上的分束器100。量子光源包括如上的分束器100，可以减小量子光源的尺寸，提高量子光源的光波传输效率。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种分束器，其特征在于，所述分束器包括：

输入波导段，所述输入波导段自第一方向延伸至第二方向，所述输入波导段在第二方向的折射率大于所述输入波导段在第一方向的折射率；

锥形波导段，所述锥形波导段的小端与所述输入波导段相连通；

第一耦合波导段，所述第一耦合波导段与所述锥形波导段的大端相连通；

第一分离波导段及第一输出波导段，所述第一输出波导段通过所述第一分离波导段与所述第一耦合波导段相连通，所述第一分离波导段的宽度沿输入光波传播的方向变小；所述第一输出波导段自第二方向延伸至第一方向；

第二耦合波导段，所述第二耦合波导段与所述第一耦合波导段间隔设置；

第二分离波导段及第二输出波导段，所述第二输出波导段通过所述第二分离波导段与所述第二耦合波导段相连通；所述第二分离波导段的宽度沿输入光波传播的方向变小，所述第二输出波导段自第二方向延伸至第一方向。

2.如权利要求1所述的分束器，其特征在于，所述第一分离波导段与所述第二分离波导段之间的距离沿输入光波传播的方向变大。

3.如权利要求1所述的分束器，其特征在于，所述第一分离波导段的外侧边与所述第二分离波导段的外侧边之间的距离等于所述第一耦合波导段的外侧边与所述第二耦合波导段的外侧边之间的距离。

4.如权利要求1所述的分束器，其特征在于，所述分束器还包括第三耦合波导段及第四耦合波导段，所述第三耦合波导段设于所述第一耦合波导段与所述第一输出波导段之间；所述第四耦合波导段与所述第三耦合波导段间隔设置。

5.如权利要求4所述的分束器，其特征在于，所述第四耦合波导段的宽度小于所述第三耦合波导段的宽度；

和/或，所述第四耦合波导段的长度等于所述第三耦合波导段的长度；

和/或，所述第四耦合波导段的长度不大于光波中TE偏振高阶模全部转化为TE偏振基模的耦合长度。

6.如权利要求1所述的分束器，其特征在于，所述分束器还包括变宽波导段，所述变宽波导段的输入端与所述第一输出波导段相连通，所述变宽波导段的输入端的宽度与所述第一输出波导段的宽度相等，所述变宽波导段的输出端用于连通至后续波导，所述变宽波导段的输出端的宽度与所述后续波导的宽度相等；

和/或，所述变宽波导段的输入端与所述第二输出波导段相连通，所述变宽波导段的输入端的宽度与所述第二输出波导段的宽度相等，所述变宽波导段的输出端用于连通至后续波导，所述变宽波导段的输出端的宽度与所述后续波导的宽度相等。

7.如权利要求1所述的分束器，其特征在于，所述输入波导段包括相连通的输入直线段及输入弯曲段，所述输入直线段沿第一方向延伸，所述输入弯曲段自第一方向延伸至第二方向；

和/或，第一输出波导段包括相连通的第一输出弯曲段及第一输出直线段，所述第一耦合波导段与所述第一输出弯曲段相连通，所述第一输出弯曲段自第二方向延伸至第一方向，所述第一输出直线段沿第一方向延伸；

和/或，第二输出波导段包括相连通的第二输出弯曲段及第二输出直线段，所述第二耦合波导段与所述第二输出弯曲段相连通，所述第二输出弯曲段自第二方向延伸至第一方向，所述第二输出直线段沿第一方向延伸。

8.如权利要求1所述的分束器，其特征在于，所述分束器的波导材料为铌酸锂，所述第一方向为所述铌酸锂的Y向，所述第二方向为所述铌酸锂的Z向。

9.如权利要求1所述的分束器，其特征在于，所述分束器的波导材料包括各向异性材料；

和/或，所述第一耦合波导的宽度与所述第二耦合波导段的宽度不同。

10.一种量子光源，其特征在于，所述量子光源包括如权利要求1-9中任意一项所述的分束器。