TWI448752B - 平面偏光旋轉器 - Google Patents

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TWI448752B TW100147179A TW100147179A TWI448752B TW I448752 B TWI448752 B TW I448752B TW 100147179 A TW100147179 A TW 100147179A TW 100147179 A TW100147179 A TW 100147179A TW I448752 B TWI448752 B TW I448752B
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Description

平面偏光旋轉器
本發明係關於偏光旋轉器及方法或製作及使用偏光旋轉器。
本章節介紹可幫助促進本發明之更佳瞭解之態樣。因此，本章節之敘述欲從此角度閱讀且不得理解為承認哪些屬於先前技術或哪些不屬於先前技術。
一些光學組件個別地處理一或兩個正交線性偏光分量以執行與數位資料流之光學通信相關之(諸)功能。為實現此處理，一偏光分光器可處理所接收之光以分離其兩個正交線性偏光分量。此外，為實現此處理，一偏光旋轉器可旋轉此光之經分離線性偏光分量之一者或兩者。舉例而言，此光學旋轉可對準經分離偏光分量之兩者之偏光。
一實施例提供一種包含一光學偏光旋轉器之裝置，該光學偏光旋轉器具有沿著一基板之一平坦表面定位之第一光學波導肋條及第二光學波導肋條。與第一光學波導肋條相比，第二光學波導肋條係定位於距離表面更遠之處。兩個光學波導肋條之第一區段在基板上方形成一垂直堆疊。兩個光學波導肋條之第二區段在沿著平坦表面之一方向上側向偏移。第一光學波導肋條及第二光學波導肋條係由具有不同整體折射率之材料形成。
在一些實施例中，上述裝置可進一步包含介於第一光學波導肋條與第二光學波導肋條之間之一間隔層。此一間隔層可例如由具有與第一光學波導肋條及第二光學波導肋條之材料不同之整體折射率之材料形成。此一間隔層在垂直於表面的方向上可比第一光學波導肋條薄。
在上述裝置之任意者之一些實施例中，第一光學波導肋條可由與基板之平坦表面之一部分相同之材料形成。
在上述裝置之任意者之一些實施例中，光學波導肋條之一者可由一半導體形成且光學波導肋條之另一者可由介電質形成。
在上述裝置之任意者之一些實施例中，光學偏光旋轉器可經組態以使所接收的線性偏光之一偏光旋轉達至少45度。
在上述裝置之任意者之一些實施例中，裝置可包含一轉變區域，其中第一光學波導肋條具有側向於表面之一寬度，該寬度從一輸入平面光學波導之一邊界處之一較大值單調漸變為第一光學波導肋條之第一區段處之一較小值。在一些此等裝置中，第二光學波導肋條具有側向於表面之一寬度，該寬度從其之更接近於輸入光學波導之一端部處之一較小值單調漸變為第二光導肋條之第一區段處之一較大值。
在上述裝置之任意者之一些實施例中，裝置可包含一轉變區域，其中第一光學波導肋條具有側向於表面之一寬度，該寬度從第一光學波導肋條之第二區段處之一較小值單調漸變為一輸出平面光學波導之一邊界處之一較大值。
在上述裝置之任意者之一些實施例中，裝置可包含一偏光光束分離器，該偏光光束分離器具有經連接以使光透射至第一光學波導肋條之一第一光輸出端及連接至側向於第一光學波導肋條而定位在基板上方之一第一特定輸出光學波導之一第二光輸出端。在一些此等實施例中，裝置可進一步包含經由光學偏光旋轉器連接至偏光光束分離器之第一光學輸出端之一第二特定輸出光學波導。裝置可經組態以使大致相同線性偏光之光透射至兩個特定輸出光學波導。
在上述裝置之一些實施例中，裝置可包含一光學調變器，該光學調變器具有一1x2光學分離器、第一光學波導臂及第二光學波導臂以及一2×1光學組合器。各光學波導臂將1x2光學分離器之一對應光學輸出端連接至2×1光學組合器之一對應光學輸入端且包含一電光調變器，該電光調變器能夠回應其中所接收之電信號而調變傳播通過其中之光之相位及/或振幅。在此等實施例中，光學偏光旋轉器係定位在光學波導臂之一者中。
另一實施例提供一種方法。該方法包含在沿著一基板之一平坦表面定位之一第一光學波導肋條上方形成一光學層。光學層及第一光學波導肋條係由具有不同整體折射率之材料形成。該方法亦包含蝕刻光學層以形成一第二光學波導肋條。光學波導肋條之第一區段形成相對於平坦表面垂直定向之一堆疊。光學波導肋條之第二區段係沿著平坦表面相對側向偏移。
在一些實施例中，上述方法可進一步包含在形成光學層之前於第一光學波導肋條上方形成一間隔層。間隔層係由具有與光學層及第一光學波導層之材料不同之整體折射率之材料形成。
在上述方法之任意者之一些實施例中，第一光學波導及平坦表面之一部分可由相同光學材料形成。在一些此等實施例中，可執行蝕刻使得光學材料在蝕刻期間用作為一停止層。
在上述方法之任意者之一些實施例中，光學層與第一光學波導肋條之一者可由半導體形成，且光學層與第一光學波導肋條之另一者可由介電質形成。
在上述方法之任意者之一些實施例中，第一光學波導肋條之第三區段及第四區段可側向於第二光學波導肋條而定位且在側向上比第一光學波導肋條之第一區段及第二區段寬。在此等實施例中，第一光學波導肋條之第一區段及第二區段係連接在其第三區段與第四區段之間。
另一實施例提供一第二方法，其包含：在一混合光學波導之一區段之一第一端部處自一平面波導接收線性偏光；及使光傳播通過混合光學波導之區段以旋轉光之一線性偏光。混合光學波導之區段包含其中一第二光學波導肋條係垂直定位在一第一光學波導肋條上方之一區段且包含其中第二光學波導肋條係大致從第一光學波導肋條之一對應區段側向偏移之另一區段。第一光學波導肋條與第二光學波導肋條係由具有不同整體折射率之材料形成。
在第二方法之一些實施例中，第一光學波導肋條與第二光學波導肋條之一者可為一半導體肋條且第一光學波導肋條與第二光學波導肋條之另一者可為一介電質肋條。
在第二方法之上述實施例之任意者中，混合光學波導之區段可包含一間隔層，該間隔層係定位在第一光學波導肋條與第二光學波導肋條之間且係由具有與光學波導肋條之材料不同之整體折射率之材料製成。
本文中，一光學波導指代導致所接收之光沿著一預定義光學導引方向進行傳播之一光學結構。光學波導係不同於僅限制所接收之光在一平面內傳播之一光學結構。本文中，一光學波導可指代一未包覆光學波導或一包覆光學波導之光學核心。即，詞組光學波導涵蓋兩種類型之結構。
圖1A及圖1B圖解說明形成為一光學波導之一光學偏光旋轉器10。光學波導具有一第一轉變區域12、一偏光旋轉區域14及一第二轉變區域16。第一轉變區域12將偏光旋轉區域14光學地端部連接至一輸入光學波導18，例如一平面光學波導。偏光旋轉區域14旋轉以一或兩個大致線性偏光傳播模式接收之光之一線性偏光。第二轉變區域16將偏光旋轉區域14光學地端部連接至一輸出光學波導20，例如一平面光學波導。
第一轉變區域12及第二轉變區域16係具有各自輸入光學波導18及輸出光學波導20之光學耦合區域。在一些實施例中，轉變區域12、16亦相對於基板22之鄰近表面垂直或側向重新分佈傳播光學模式之光功率密度，(例如)而不旋轉線性偏光。第一轉變區域12可包含可絕熱地在較大垂直區域上方重新分佈該等光功率密度之光學波導之漸變部分。第二轉變區域16可包含可絕熱地在較小垂直區域上方重新分佈該所接收之光功率密度之光學波導之漸變部分。
偏光旋轉區域14包含一光學堆疊及一基板22。光學堆疊包含定位在基板22上之一第一光學波導肋條24及與第一光學波導肋條24相比定位於距離基板22之一平坦表面更遠之處之一第二光學波導肋條26。第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26係由具有不同整體折射率之材料形成。舉例而言，光學波導肋條24、26之一者可由一半導體製成且光學波導肋條26、24之另一者可由介電質製成。或者，第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26可由不同介電質或不同半導體製成。
在一些實施例中，第一光學波導肋條24可為基板22之一整合部分。接著，第一光學波導肋條24係由與基板22之最接近平坦表面之部分相同之材料形成。
或者，第一光學波導肋條24可由與基板22之平坦表面之鄰近部分不同之材料(例如具有不同折射率之材料)形成。
實際上，第一光學波導肋條24可定位在基板22之鄰近平坦表面上且與基板22之鄰近平坦表面直接接觸或可定位在基板22之鄰近平坦表面上方而不與該平坦表面直接接觸。
第二光學波導肋條26可在第一光學波導肋條24(圖式中未展示)上且與第一光學波導肋條24直接接觸或可定位在第一光學波導肋條24上方且藉由大致光學透明材料之一間隔層28而與第一光學波導肋條24分離。此一間隔層28通常在垂直方向上比第一光學波導肋條24薄。
在偏光旋轉區域14中，第一光學波導肋條24與第二光學波導肋條26之中心軸係沿著發散的側向方向定向。為此，第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26之側向寬度對應區段之間之垂直重疊沿著偏光旋轉區域14中之光傳播方向而減小，即減小至圖1A至圖1B之右側。因此，第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26之一些對應區段可沿著基板22之平坦表面(即，在偏光旋轉區域14之最右側部分中)側向偏移。
在偏光旋轉區域14中，光學波導肋條24、26之各者可具有恆定側向寬度或可具有非恆定寬度。舉例而言，第一光學波導肋條24之寬度可沿著偏光旋轉區域14中之光傳播方向而增大。此外，第二光學波導肋條26之寬度可沿著偏光旋轉區域14中之光傳播方向而減小。
第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26之垂直寬度在光學偏光旋轉器10上通常係大致恆定。
圖2A、圖2B及圖2C示意地圖解說明圖1A至圖1B中之連續側向平面A、B及C處之第一傳播光模式之預期光功率分佈。第一傳播模式最初為橫向磁(TM)傳播光模式，其具有一初始線性偏光。
在初始側向平面A處，第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26之側向截面係相對於基板22之平坦表面PS垂直對準。在初始側向平面A處，第一傳播光模式(即，TM模式)之光學功率係集中在一第一長橢圓形區域OR1中，該第一長橢圓形區域OR1之主軸係相對於基板22之平坦表面PS垂直定向。
在后一側向平面B處，第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26之截面之中心係大致側向偏移，且第一傳播光模式之光學功率係集中在一第二長橢圓形區域OR2中。長橢圓形區域OR2相對於基板22之平坦表面PS的法線方向而強烈傾斜，使得長橢圓形區域之主軸大致沿著兩個光學波導肋條24、26之中心之間之對角線定向。
在最終側向平面C處，第一光學波導肋條24與第二光學波導肋條26之截面分離達一大的側向間隙，且第一傳播光模式之光學功率係集中在一第三長橢圓形區域OR3中，該第三長橢圓形區域OR3之主軸大致平行於基板22之平坦表面。
因此，光學堆疊之緩慢演變逐漸旋轉其中集中第一光傳播模式之光學功率之長橢圓形區域。在逐漸旋轉期間，第一傳播光模式之線性偏光隨著其中集中該模式之光學功率之長橢圓形區域而旋轉。在所圖解說明之實例中，偏光旋轉達約π/2弧度，藉此將初始TM傳播光模式改變為一最終橫向電(TE)傳播光模式。
圖3A、圖3B及圖3C示意地圖解說明在圖1A至圖1B中的相同各自側向平面A、B及C處之一第二傳播光模式之預期光功率分佈。第一傳播模式最初為TE傳播光模式，其具有一初始線性偏光且係與第一傳播光模式相對正交。
在初始側向平面A處，第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26之截面係垂直對準，且第二傳播光模式(即，TE模式)之光學功率係集中在一不同第一長橢圓形區域OR1'中。第一長橢圓形區域OR1'具有平行於基板22之平坦表面水平定向之一主軸。
在后一側向平面B處，第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26之截面之中心實質上側向偏移，且第二傳播光模式之光學功率係集中在一不同第二長橢圓形區域OR2'中。長橢圓形區域OR2'相對於基板22之平坦表面PS的法線方向強烈傾斜，使得長橢圓形區域之主軸大致沿著兩個光學波導肋條24、26之中心之間之對角線定向。
在最終側向平面C處，第一光學波導肋條24與第二光學波導肋條26之截面分離達一大的側向間隙，且第二傳播光模式之光學功率係集中在一不同第三長橢圓形區域OR3'中，該第三長橢圓形區域OR3'之主軸大致垂直於基板22之平坦表面而定向。
因此，光學堆疊之緩慢演變亦逐漸旋轉其中集中第二傳播光模式之光學功率之長橢圓形區域。在逐漸旋轉期間，第二傳播光模式之線性偏光隨著其中集中該模式之光學功率之長橢圓形區域之主軸而旋轉。在所圖解說明之實例中，旋轉達約π/2弧度，藉此將初始TE傳播光模式改變為一最終TM傳播光模式。
圖4A、圖4B及圖4C圖解說明圖1A至圖1B中所圖解說明之光學波導10之一特定實例10'。光學波導10'具有第一轉變區域12、偏光旋轉區域14及第二轉變區域16。在偏光旋轉區域14及第一轉變區域12之一區段中，光學波導10'包含第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26。第一光學波導肋條24係再次定位為比第二光學波導肋條26更靠近基板22之平坦表面。
在第一轉變區域12中，光學波導10'之截面逐漸改變使得傳播光模式之側向光功率分佈演變而變為如圖2A或圖3A中所示意地圖解說明之情況。在本實例中，變動涉及光學波導肋條24與26兩者之側向變動。變動包含沿著傳播方向單調減小第一光學波導肋條24之側向寬度之一平穩漸變。發明者咸信，此側向寬度之逐漸減小導致初始TE及TM傳播光模式之更多光學功率重新分佈至第一光學波導肋條24之外部。變動亦包含沿著傳播方向單調增大第二光學波導肋條26之側向寬度之一平穩漸變。發明者亦咸信，此側向寬度之逐漸增大導致初始TM傳播光模式之更多光學功率從第一光學波導肋條24重新分佈至第二光學波導肋條26。在無第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26之漸變區段的情況下，發明者咸信，從輸入光學波導注入之光將可能產生更高模式之更多散射、反射及激發，即在光學偏光旋轉器10'中導致更高的插入損耗。
在偏光旋轉區域14中，光學波導10'經歷平穩變動性偏光之傳播模式演變，使得其等之線性偏光(例如)如圖2A至圖2C及圖3A至圖3C中所示意地圖解說明般旋轉。此處，變動涉及第一光學波導肋條24與第二光學波導肋條26之截面之間之側向重疊沿著傳播方向之平穩減小。此減小係(至少部分)歸因於第一光學波導肋條24與第二光學波導肋條26之軸之間之一角度錯位。在一些實施例中，減小亦可(部分)歸因於第二光學波導肋條26之側向寬度沿著傳播方向之一視情況單調及平穩減小。此處，變動亦可能涉及第一光學波導肋條24之側向寬度沿著傳播方向之一平穩及單調增大。
在第二轉變區域16中，光學波導10'之截面逐漸改變使得最終傳播光模式之側向光功率分佈將更高效地耦合至輸出光學波導20之傳播光模式。此處，變動為沿著傳播方向單調增大第一光學波導肋條24之側向寬度之一平穩漸變。第二光學波導肋條26不存在於第二轉變區域16中或從第一光學波導肋條24偏移達一大的側向距離，(例如)以便不顯著影響第二轉變區域16中的傳播光模式之演變。
在圖1A至圖1B及圖4A至圖4C中示意地圖解說明的光學偏光旋轉器10、10'之操作期間，上文描述將光之傳播方向描述為從左至右。然而，當光以相反方向傳播於其中時，光學偏光旋轉器10、10'亦起作用。即，光學偏光旋轉器10、10'亦將旋轉從光學波導20(其係展示在圖1A至圖1B及圖4A至圖4C的右側)注入至其之光之線性偏光。
圖解說明性實例
圖4A至圖4C圖解說明可(例如)由在商業上可購得之絕緣體上矽(SOI)基板且(例如)使用互補金屬氧化物半導體製程製成之光學波導10'之一實例。
在本實例中，第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26與輸入光學波導18及輸出光學波導20係如此處所述般加以建構。第一光學波導肋條24係由初始SOI基板之矽層之一部分形成且具有約200奈米(nm)之厚度。第二光學波導肋條26係由氮化矽形成且具有約400 nm之厚度。輸入光學波導18及輸出光學波導20係由初始SOI基板之矽層之部分形成且具有約200 nm之厚度及約500 nm至600 nm之側向寬度。
在本實例中，光學波導10'包含選用間隔層28，該選用間隔層28為定位在第一光學波導肋條24與第二光學波導肋條26之間之約100 nm之二氧化矽。
在本實例中，第一轉變區域12、偏光旋轉區域14及第二轉變區域16具有如下文所述之側向大小及形狀。
在第一轉變區域12中，第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26具有側向對準之中心軸且在區域12之全長上方延伸，該全長可為例如約50微米(μm)長。第一光學波導肋條24在與輸入光學波導18之邊界處具有約500 nm至600 nm之一初始側向寬度。其初始側向寬度(大致匹配輸入光學波導18之初始側向寬度)在偏光旋轉區域14之邊界處或附近隨著距離線性減小至約200 nm之一值。第二光學波導肋條26在與輸入光學波導18之邊界處或附近具有約100 nm或更小之一初始側向寬度，且其側向寬度在偏光旋轉區域14之邊界處或附近隨著距離線性增大至約200 nm之一值。
在一些實施例中，在第一轉變區域12中，第一光學波導肋條24與第二光學波導肋條26之一者或兩者之側向寬度在偏光旋轉區域14之邊界不遠處達到約200 nm之一值。舉例而言，此等側向寬度可在與邊界相距100 nm或更大之數量級之一距離處達到200 nm且接著保持恆定直至偏光旋轉區域14之邊界。
在偏光旋轉區域14中，第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26延伸約區域14之全長(例如，其長度可為250 μm至約300 μm之間)。第一光學波導肋條24在與第一轉變區域12之邊界處具有約200 nm之一初始側向寬度且其側向寬度在與第二側向區域16之邊界處線性增大至約260 nm。第二光學波導肋條26在與第一轉變區域12之邊界處具有約200 nm之一側向寬度，且其側向寬度可為恆定或可在與第二轉變區域16之邊界處線性減小至約150 nm或更小之一值。歸因於偏光旋轉區域14中之第一光學波導肋條24與第二光學波導肋條26之中心軸之間的發散側向對準，第二光學波導肋條26在與第二轉變區域16之邊界處或附近具有自第一光學波導肋條24之對應部分之約150 nm至約200 nm之一側向偏移。
在第二轉變區域16中，第一光學波導肋條24在區域16之全長(其可為例如約50 μm)上方延伸。第一光學波導肋條24在與偏光旋轉區域14之邊界處具有約260 nm之一初始側向寬度，且其側向寬度在與輸出光學波導20之邊界處隨著距離線性增大至約500 nm至600 nm之一值。
第二光學波導肋條26可或可不突出至第二轉變區域16之一初始部分中。在第二光學波導肋條26突出至第二轉變區域16中之情況中，第二光學波導肋條26之側向寬度可繼續從約150 nm平穩地減小至約100 nm或更小。在第二轉變區域16中，第一光學波導肋條24之逐漸向外漸變不足以大幅度減小其中第一光學波導肋條24與第二光學波導肋條26之間之側向偏移。歸因於大的初始側向偏移，當光在第二轉變區域16中傳播時，第二光學波導肋條26未導致光之實質偏光旋轉。
在圖1A至圖1B及圖4A至圖4C之偏光旋轉器10、10'之各種實施例中，第一光學波導肋條24、24之材料組合物與第二光學波導肋條26、26之材料組合物之間之差異在製造期間可為有利。特定言之，不同材料組合物可實現第一光學波導肋條24之材料及/或第一光學波導肋條24與第二光學波導肋條26之間之選用間隔層28用作為第二光學波導肋條26及/或選用間隔層28之各向異性蝕刻之蝕刻停止。此等不同組合物可支援光學波導肋條24、26及間隔層28(若存在)之更簡單及/或更精確蝕刻製造。
圖5示意地圖解說明用於製造一光學偏光旋轉器(例如圖1A至圖1B及/或圖4A至圖4C之光學偏光旋轉器10、10')之一例示性方法30。
方法30包含執行基板之頂層(例如SOI基板之矽層)之蝕刻以形成圖4A至圖4C之第一光學波導肋條24(步驟32)。可使用相同蝕刻以形成側向於第一光學波導肋條24之額外矽光學波導(例如以形成圖1A至圖1B及圖4A至圖4C之輸入光學波導18及輸出光學波導20)。蝕刻可使用用於遮罩控制蝕刻此一例示性SOI基板上之矽之任何習知製程，例如二氧化矽上之矽停止之各向異性乾式蝕刻。
方法30可視情況包含在第一光學波導肋條24上方及例如亦在基板22之平坦表面之側向相鄰部分及/或側向相鄰光學波導上方形成一不同材料層(步驟34)。不同材料層可(例如)藉由形成光學品質之二氧化矽層之一習知沈積製程而形成。
若執行步驟34，則方法30可包含對在步驟34處形成之不同材料層進行化學機械拋光以產生一適當間隔層，例如圖1A至圖1B及圖4A至圖4C之間隔層28(步驟36)。化學機械拋光(例如)可在步驟32處所形成之第一光學波導肋條上產生(例如)具有約100 nm或更小之厚度之一平坦二氧化矽間隔層。化學機械拋光可使用一般技術者所知的可有效拋光在步驟34處形成之不同材料層之任何習知製程。
方法30亦包含在第一光學波導肋條24之一部分上方及例如在基板22之平坦表面之一部分上方形成一光學層(步驟38)。形成步驟38可涉及例如在選用間隔層上沈積約400 nm之氮化矽層且可使用一般技術者所知之任何習知製程來沈積氮化矽之光學層。光學層、第一光學波導肋條24及間隔層通常係由具有不同整體折射率之材料形成。
方法30亦包含蝕刻光學層以例如直接在選用間隔層28上或直接在第一光學波導肋條24上形成第二光學波導肋條26(步驟40)。第二光學波導肋條26經形成使得第一光學波導肋條24及第二光學波導肋條26之第一區段形成相對於基板22之平坦表面垂直定向之一堆疊且使得光學波導肋條24、26之第二區段在沿著基板22之平坦表面之一方向上相對側向偏移。在光學層為氮化矽之實施例中，蝕刻步驟40可使用例如用於蝕刻氮化矽之任何習知製程。舉例而言，蝕刻步驟可包含大致停止於例示性間隔層28之二氧化矽上及/或大致停止於例示性矽第一光學波導肋條24之矽上及/或例示性基板22之矽表面上之氮化矽之各向異性乾式蝕刻。
方法亦可包含在上述步驟40處產生之波導結構上方沈積一包覆層例如二氧化矽層(步驟42)。舉例而言，包覆層可具有幾微米或更大之厚度。沈積步驟42可例如使用任何習知製程來沈積厚的二氧化矽光學包覆層。
圖6示意地圖解說明用於旋轉一平面光學偏光旋轉器(例如圖1A至圖1B及圖4A至圖4C中所圖解說明之光學偏光旋轉器10、10')中之一線性偏光分量之偏光之一方法50。
方法50包含在偏光旋轉器之一第一端部處自一平面波導(例如自輸入光學波導18)接收光(步驟52)。所接收之光通常係呈線性偏光之模式，例如TE或TM傳播光模式或TE與TM傳播光模式之一大致同相組合。
方法50視情況包含使所接收之光傳播通過光學偏光旋轉器之一第一漸變波導區段使得其光功率之一實質部分側向及/或垂直重新分佈在(例如)圖1A至圖1B及圖4A至圖4C之第一轉變區域12中(步驟54)。通常執行光功率之側向及/或垂直重新分佈而無實質改變所接收之光之偏光。
方法50包含沿著偏光旋轉器之一混合光學波導區段傳播側向重新分佈之光功率，以例如在圖1A至圖1B及圖4A至圖4C之偏光旋轉區域16中旋轉光之一線性偏光達一實質角度例如大於45度之一角度及通常約90度之一角度(步驟56)。混合光學波導區段包含其中一第二光學波導肋條係垂直定位在一第一光學波導肋條上方(例如，如分別在圖1A至圖1B及圖4A至圖4C之偏光旋轉區域14之左側部分中)之一區段。混合光學波導區段包含其中第二光學波導肋條大致從第一光學波導肋條之對應區段側向偏移之另一區段，此係因為在偏光旋轉器之混合光學波導區段中，兩個光學波導肋條經引導而沿著發散方向。在混合光學波導區段中，第一光學波導肋條及第二光學波導肋條係由具有不同整體折射率之材料形成。
方法50可包含使光從混合光學波導區段傳播通過光學偏光旋轉器之一最終漸變波導區段，使得光功率之一實質部分側向及/或垂直地重新分佈在例如圖1A至圖1B及圖4A至圖4C之第二轉變區域16中(步驟58)。可執行光功率之此最終側向重新分佈而不實質改變所透射之光之偏光。此側向重新分佈產生經偏光旋轉之光至一輸出平面波導(例如圖1A至圖1B及圖4A至圖4C之輸出光學波導20)之(諸)傳播光模式之一更高效耦合。
圖7圖解說明支援數位資料之偏光模式多工化之一光學調變器43。光學調變器43包含一1×2光學分離器44、第一光學波導臂45及第二光學波導臂46以及一2×1光學組合器47。
1×2光學分離器44從一光源接收實質線性偏光(例如TE或TM模式雷射光)並將所接收之光之部分分為引導至兩個光學波導臂45、46之兩個光束。在圖7中，光源係圖解說明為使一例示性TE模式之光透射至1×2光學分離器44。
各光學波導臂45、46將1×2光學分離器44之一對應光學輸出端連接至2×1光學組合器47之一對應光學輸入端。1×2光學分離器44使大致相同線性偏光(即，圖解說明為例示性TE傳播光模式)之光透射至兩個光學波導臂45、46。各光學波導臂45、46包含經電連接以接收電數位資料信號流(即，DATA_1或DATA_2)之一電光調變器48_1、48_2。各電光調變器48_1、48_2調變傳播通過其中之光之相位及/或振幅，以載送所接收之數位資料信號之所接收流(即，DATA_1或DATA_2)。第二光學波導臂46亦包含旋轉其中之光之線性偏光之一光學偏光旋轉器49，例如圖1A至圖1B或圖4A至圖4C之光學偏光旋轉器10、10'。偏光旋轉器49旋轉線性偏光達例如至少45度且較佳達約90度，使得來自兩個光學波導臂45、46之經調變光束在2×1光學組合器47中重新組合時將具有大致正交偏光。來自兩個光學波導臂45、46之經調變光束在2×1光學組合器47中組合以偏光多工化兩個資料調變之光學載體。
在一些其他實施例中，可在光學波導臂46上顛倒光學偏光旋轉器49與電光調變器48_2之順序可。
光學調變器43可製造為完全光學整合之裝置或部分光學整合之裝置。
圖8圖解說明經組態以自一光學載體解調變資料之一光學接收器60之一部分，其中光學載體係用資料流DATA_1及DATA_2進行偏光多工化。光學接收器60包含一第一光學偏光光束分離器62、一光學偏光旋轉器64及第一光學解調變器66以及第二光學解調變器68。光學偏光旋轉器64經連接以自光學偏光光束分離器62之一光學輸出端接收光學信號並且光學地旋轉該所接收光信號之線性偏光。歸因於光學偏光旋轉器64之作用，兩個光學解調變器接收大致類似或相同線性偏光(例如，在圖8中圖解說明為一例示性TE傳播光模式)之光。因此，雖然各光學解調變器66、68自在光學接收器60之輸入端處接收之光之一不同線性偏光分量解調變一數位資料(例如資料流DATA_1'及DATA_2')，但是兩個光學解調變器66、68處理大致類似或相同線性偏光之光束。
在一些實施例中，光學偏光旋轉器64之光學輸出端可直接連接至一選用第二光學偏光光束分離器(圖式中未展示)，且接著第二光學偏光光束分離器之光學輸出端之一者直接連接至第二光學解調變器68之一光學輸入端。在此等實施例中，第二光學偏光光束分離器用作為光學偏光旋轉器64之一清除偏光濾光器。
在光學接收器60中，一光束之線性偏光之中間轉換可用於確保各資料載送光學載體之處理大致類似。即，可使用中間轉換以避免與光學解調變器66、68之介質及波導之光學特性之偏光相依性相關之問題。
實施方式及圖式僅圖解說明本發明之原理。因此，應了解，熟習此項技術者能夠設計體現本發明之原理且包含於本發明內之各種配置(雖然本文中未明確描述或展示)。此外，本文所敘述之所有實例原則上旨在僅用於教示之目的以輔助了解本發明之原理及由發明者所貢獻以增進此項技術之概念，且應解釋為未限制此等特定敘述之實例及條件。此外，本文敘述原理、態樣及本發明之實施例以及其特定實例之所有陳述旨在包含其等效物。
10．．．光學偏光旋轉器
10'．．．光學波導
12．．．第一轉變區域
14．．．偏光旋轉區域
16．．．第二轉變區域
18．．．輸入光學波導
20．．．輸出光學波導
22．．．基板
24．．．第一光學波導肋條
26．．．第二光學波導肋條
28．．．選用間隔層
43．．．光學調變器
44．．．1×2光學分光器
45．．．第一光學波導臂
46．．．第二光學波導臂
47．．．2×1光學組合器
48_1．．．電光調變器
48_2．．．電光調變器
49．．．光學偏光旋轉器
A．．．側向平面
B．．．側向平面
C．．．側向平面
DATA_1．．．電數位資料信號流
DATA_1'．．．資料流
DATA_2．．．電數位資料信號流
DATA_2'．．．資料流
OR1．．．第一長橢圓形區域
OR1'．．．第一長橢圓形區域
OR2．．．第二長橢圓形區域
OR2'．．．第二長橢圓形區域
OR3．．．第三長橢圓形區域
OR3'．．．第三長橢圓形區域
PS．．．平坦表面
圖1A及圖1B係圖解說明一光學偏光旋轉器之各自俯視圖及側視圖；
圖2A、圖2B及圖2C係分別示意地圖解說明在圖1A至圖1B之側向平面A、B及C處之圖1A至圖1B之光學偏光旋轉器中之一第一光學傳播模式之光功率分佈之演變之截面視圖；
圖3A、圖3B及圖3C係示意地圖解說明在圖1A至圖1B之相同各自側向平面A、B及C處之圖1A至圖1B之光學偏光旋轉器中之第二相對正交光傳播模式之光功率分佈之演變之截面視圖；
圖4A、圖4B及圖4C係示意地圖解說明圖1A至圖1B之光學偏光旋轉器之一特定實施例之各自俯視圖、側視圖及斜視圖；
圖5係示意地圖解說明製造一光學偏光旋轉器(例如，圖4A至圖4C中所示意地圖解說明之光學偏光旋轉器)之一方法；
圖6係示意地圖解說明例如在圖1A至圖1B及圖4A至圖4C中所示意地圖解說明之光學偏光旋轉器中旋轉線性偏光之偏光之一方法之一流程圖；
圖7係示意地圖解說明併入一光學偏光旋轉器(例如圖1A至圖1B或圖4A至圖4C之光學偏光旋轉器之一者)以產生一經偏光多工化、資料調變之光學載體之一光學調變器之方塊圖；及
圖8係示意地圖解說明經組態以獨立於經偏光多工化之一資料調變光學載體(例如圖7中示意地圖解說明之光學調變器所產生之光學載體)之兩個線性偏光分量而解調變資料之一光學接收器之方塊圖。
10．．．光學偏光旋轉器
12．．．第一轉變區域
14．．．偏光旋轉區域
16．．．第二轉變區域
18．．．輸入光學波導
20．．．輸出光學波導
22．．．基板
24．．．第一光學波導肋條
26．．．第二光學波導肋條
28．．．選用間隔層
A．．．側向平面
B．．．側向平面
C．．．側向平面

Claims (10)

  1. 一種經組態以旋轉一光學偏光之裝置，其包括：一光學偏光旋轉器，其包含沿著一基板之一平坦表面定位之第一光學波導肋條及第二光學波導肋條，與該第一光學波導肋條相比，該第二光學波導肋條係定位於距離該表面更遠之處；及其中該等光學波導肋條之第一區段在該基板上方形成一垂直堆疊且該等光學波導肋條之第二區段在沿著該表面之一方向上側向偏移；及其中該第一光學波導肋條及該第二光學波導肋條係由具有不同整體折射率之材料形成。
  2. 如請求項1之裝置，其進一步包括一間隔層，該間隔層係定位在該第一光學波導肋條與該第二光學波導肋條之間且係由具有與該第一光學波導肋條及該第二光學波導肋條之該等材料不同之整體折射率之一材料形成。
  3. 如請求項1之裝置，其中該等光學波導肋條之一者係由一半導體形成且該等光學波導肋條之另一者係由一介電質形成。
  4. 如請求項1之裝置，其進一步包括其中該第一光學波導肋條具有側向於該表面之一寬度之一轉變區域，該寬度從一輸入平面光學波導處之一較大值單調漸變至第一光學波導肋條之該第一區段處之一較小值。
  5. 如請求項1之裝置，其進一步包括一偏光光束分離器，該偏光光束分離器具有經連接以使光透射至該第一光學 波導肋條之一第一光學輸出端且具有連接至一輸出光學波導之一第二光學輸出端，該輸出光學波導係側向於該第一光學波導肋條而定位在該基板上方。
  6. 如請求項1之裝置，其進一步包括：一光學調變器，其具有一1x2光學分離器、第一光學波導臂及第二光學波導臂以及一2×1光學組合器，各光學波導臂將該1x2光學分離器之一對應光學輸出端連接至該2×1光學組合器之一對應光學輸入端；及其中各光學波導臂包含一電光調變器，該電光調變器能夠回應於其中所接收之電信號而調變傳播通過其中之光之相位及/或振幅；及其中一光學偏光旋轉器係定位在該等光學波導臂之一者中。
  7. 一種形成一光學偏光旋轉器之方法，其包括：在沿著一基板之一平坦表面定位之一第一光學波導肋條上方形成一光學層，該光學層及該第一光學波導肋條係由具有不同整體折射率之材料形成；及蝕刻該光學層以形成一第二光學波導肋條使得該等光學波導肋條之第一區段形成相對於該平坦表面垂直定向之一堆疊且使得該等光學波導肋條之第二區段沿著該平坦表面相對側向偏移；且其中該方法包含製造該光學偏光旋轉器使得該光學偏光旋轉器具有該等光學波導肋條。
  8. 如請求項7之方法，其中該第一光學波導肋條之第三區 段及第四區段係側向於該第二光學波導肋條而定位且在側向上比該第一光學波導肋條之該第一區段及該第二區段寬，該第一光學波導肋條之該第一區段及該第二區段係連接在其之該第三區段與該第四區段之間。
  9. 一種旋轉一光學偏光之方法，其包括：在一混合光學波導之一區段之一第一端部處自一平面波導接收線性偏光；及使該光傳播通過該混合光學波導之該區段以旋轉該光之一線性偏光；及其中該混合光學波導之該區段包含其中一第二光學波導肋條係垂直定位在一第一光學波導肋條上方之一區段且包含其中該第二光學波導肋條係實質上從該第一光學波導肋條之一對應區段側向偏移之另一區段；及其中該第一光學波導肋條及該第二光學波導肋條係由具有不同整體折射率之材料形成。
  10. 如請求項9之方法，其中該混合光學波導之該區段包含一間隔層，該間隔層係定位在該第一光學波導肋條與該第二光學波導肋條之間且由具有與該等光學波導肋條之該等材料不同之整體折射率之一材料製成。
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