TWI572917B - 極化分離器 - Google Patents

極化分離器 Download PDF

Info

Publication number
TWI572917B
TWI572917B TW102104221A TW102104221A TWI572917B TW I572917 B TWI572917 B TW I572917B TW 102104221 A TW102104221 A TW 102104221A TW 102104221 A TW102104221 A TW 102104221A TW I572917 B TWI572917 B TW I572917B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
optical waveguide
branch
central axis
input segment
dielectric
Prior art date
Application number
TW102104221A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201432334A (zh
Inventor
黃新舜
Original Assignee
鴻海精密工業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 鴻海精密工業股份有限公司 filed Critical 鴻海精密工業股份有限公司
Priority to TW102104221A priority Critical patent/TWI572917B/zh
Priority to US13/923,287 priority patent/US8977081B2/en
Publication of TW201432334A publication Critical patent/TW201432334A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI572917B publication Critical patent/TWI572917B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/126—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind using polarisation effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29344—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by modal interference or beating, i.e. of transverse modes, e.g. zero-gap directional coupler, MMI
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0136—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/07—Polarisation dependent

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

極化分離器
本發明涉及集成光學，特別涉及一種極化分離器。
在集成光學中，極化分離器是重要的元件，用來分離橫電波及橫磁波以分別對橫電波(transverse electric wave,TE)及橫磁波(transverse magnetic wave,TM)進行訊號處理。然而，極化分離器實際上並無法完全分離橫電波及橫磁波，也即是說，分離後的橫電波仍會夾雜一小部分橫磁波而橫磁波會夾雜一小部分橫電波。如此，若將分離後的橫電波及橫磁波作為開關訊號，訊熄比(extinction ratio)往往並不理想。極化分離器的極化分離效果亟待改善。
有鑒於此，有必要提供一種極化分離效果改善的極化分離器。
一種極化分離器，其包括一基底、一非對稱Y型光波導及一對電極。該基底採用雙折射晶體製成，並包括一頂面。該非對稱Y型光波導包括自該頂面向該基底內部擴散一第一材料而形成的一輸入段、擴散一第二材料而形成的一第一分支及擴散一第三材料而形成的一第二分支。該第一分支及該第二分支自該輸入段分岔出，該第一分支與該輸入段之間形成直線通道，該第二分支與該輸入段之間存在夾角，該輸入段與該第一分支及該第二分支之間形 成一介面。該對電極設置於該頂面上，平行於該輸入段設置於該輸入段兩側。
由於雙折射現象，經該輸入段傳輸的橫磁波及橫電波在經過該介面時會分離而分別進入該第一分支及該第二分支。而在該對電極施加電壓產生的電場可使該輸入段沿平行於該頂面且垂直於該輸入段的中心軸的方向的折射率發生變化，使得橫電波的相位變化較橫磁波的相位變化大，從而橫電波更容易與橫磁波分離進入該第二分支，改善極化分離效果。
10‧‧‧極化分離器
100‧‧‧基底
110‧‧‧頂面
120‧‧‧側面
200‧‧‧非對稱Y型光波導
210‧‧‧輸入段
212‧‧‧中心軸
220‧‧‧第一分支
230‧‧‧第二分支
240‧‧‧介面
300‧‧‧電極
400‧‧‧平板光波導
500‧‧‧介質光柵
510‧‧‧介質條
600‧‧‧調製電極
20‧‧‧雷射器
21‧‧‧光束
圖1為本發明較佳實施方式的極化分離器的立體示意圖。
圖2為圖1的極化分離器沿直線II-II的剖面示意圖。
圖3為圖1的極化分離器沿直線III-III的剖面示意圖。
圖4為圖1的極化分離器的介質光柵的結構示意圖。
請參閱圖1及圖2，本發明較佳實施方式的極化分離器10包括一基底100、一非對稱Y型光波導200及一對電極300。該基底100採用雙折射晶體製成，並包括一頂面110。該非對稱Y型光波導200包括自該頂面110向該基底100內部擴散一第一材料而形成的一輸入段210、擴散一第二材料而形成的一第一分支220及擴散一第三材料而形成的一第二分支230。該第一分支220及該第二分支230自該輸入段210分岔出，該第一分支220與該輸入段210之間形成直線通道，該第二分支230與該輸入段210之間存在夾角，該輸入段210與該第一分支220及該第二分支230之間形成一介面240。該對 電極300設置於該頂面110上，平行於該輸入段210設置於該輸入段210兩側。
由於雙折射現象，經該輸入段210傳輸的橫磁波及橫電波在經過該介面240時會分離而分別進入該第一分支220及該第二分支230。而在該對電極300施加電壓產生的電場可使該輸入段210沿平行於該頂面110且垂直於該輸入段210的中心軸212的方向的折射率發生變化，使得橫電波的相位變化較橫磁波的相位變化大，從而橫電波更容易與橫磁波分離進入該第二分支230，改善極化分離效果。
由於鈮酸鋰(LiNbO 3)晶體(LN)具有較高的反應速度，因此，該基底100的材料採用鈮酸鋰晶體，以提高該極化分離器10的帶寬。
該第一材料為金屬鈦，也即是說通過在該基底100上擴散金屬鈦而形成能同時傳輸橫電波及橫磁波的該輸入段210。該第二材料為金屬鎵，也即是說通過在該基底100上擴散金屬鎵而形成能傳輸橫磁波的該第一分支220。該第三材料為鋅鎳合金，也即是說通過在該基底100上擴散鋅鎳合金而形成能傳輸橫電波的該第二分支230。
請參閱圖3，該極化分離器10還包括一平板光波導400、一介質光柵500及一對調製電極600。該平板光波導400形成於該基底100上且與該輸入段210與該第一分支220相背一端對接。該介質光柵500形成於該平板光波導400上且與該中心軸212對稱。該對調製電極600設置於該平板光波導400上且平行於該介質光柵500設置 於該介質光柵500兩側。該平板光波導400與該輸入段210相背一側用於接收一沿該中心軸212的光束21。該介質光柵500與該平板光波導400構成一繞射型光波導透鏡以會聚該光束21。該對調製電極600用於載入一調製電場以通過電光效應改變該平板光波導400的折射率從而改變該繞射型光波導透鏡的焦距。如此，該繞射型光波導透鏡可以控制該光束21會聚入該輸入段210的程度(如完全會聚或不同程度的不完全會聚)從而控制該光束21輸入該輸入段210的功率大小。
具體的，根據集成光學理論，該介質光柵500與該平板光波導400構成載入型光波導，該平板光波導400載入該介質光柵500的部分的等效折射率變大。如此，通過合理設置該介質光柵500的結構，例如設置成啁啾光柵便可構成一啁啾光柵類型的繞射型光波導透鏡。而該對調製電極600可以載入調製電壓從而通過電光效應改變該平板光波導400的折射率，從而改變該繞射型光波導透鏡的焦距。
具體的，該基底100呈矩形，並包括一與該頂面110垂直連接且垂直於該中心軸212的側面120。該光束21為一與該側面120對接的雷射器20發出的雷射光束。
該雷射器20採用分散式回饋雷射器(distributed feedback laser,DFB)，其屬於側面發射的半導體雷射器，可以通過晶片焊接(die bond)方式將發光的側面直接焊接到該側面120上，以使該光束21沿該中心軸212入射。當然，該雷射器20也可以採用其他類型鐳射光源，並通過其他方式設置，只要保證其可沿該中心軸212出射該光束21即可。
該平板光波導400同樣通過向該頂面110擴散金屬鈦而形成。在載入該介質光柵500後，該平板光波導400的折射率發生漸變，是產生啁啾光柵類型的繞射型光波導透鏡的有利條件。
該介質光柵500可以是形成於該頂面110上的高折射率薄膜，也可以是擴散有金屬鈦的鈮酸鋰晶體。該介質光柵500可以是一啁啾光柵。具體的，該介質光柵500包括多個矩形的、平行設置的介質條510，該多個介質條510平行於該中心軸212設置，且高度基本相同。該多個介質條510的數目為奇數，且沿該中心軸212到遠離該中心軸212的方向，該介質條510的寬度越來越小，而相鄰兩個該介質條510的間隙也越來越小。
請參閱圖4，本實施方式中，以該介質光柵500的寬度方向(即平行於該頂面110與該側面120的方向)為x軸，該中心軸212與x軸的相交點為原點，沿該中心軸212到遠離該中心軸212一側的方向為x軸正向，以該光束21在x處與原點處的相位差為y軸，根據平板光波導波動理論可得： 其中x>0。
該多個介質條510的第n個邊界x n 滿足如下條件： 其中，n為正整數，y n =nπ(為構成該繞射型光波導透鏡)， a及k為常數且與該繞射型光波導透鏡的焦距相關。
如此，可推得：
而x<0的情況，即該中心軸212另一側的該多個介質條510的邊界可通過對稱性獲得。
該對調製電極600在載入調製電場後產生的極間電場將橫穿該平板光波導400，從而可以進一步改變該平板光波導400的等效折射率，等效地改變啁啾光柵類型的繞射型光波導透鏡的折光能力(即焦距)。該對調製電極600的長度及高度等於或大於該介質光柵500的長度及高度。本實施方式中，該對調製電極600的長度及高度大於該介質光柵500的長度及高度。
10‧‧‧極化分離器
100‧‧‧基底
110‧‧‧頂面
120‧‧‧側面
200‧‧‧非對稱Y型光波導
210‧‧‧輸入段
212‧‧‧中心軸
220‧‧‧第一分支
230‧‧‧第二分支
240‧‧‧介面
300‧‧‧電極
400‧‧‧平板光波導
500‧‧‧介質光柵
510‧‧‧介質條
600‧‧‧調製電極
20‧‧‧雷射器
21‧‧‧光束

Claims (9)

  1. 一種極化分離器，其包括一基底、一非對稱Y型光波導及一對電極；該基底採用雙折射晶體製成，並包括一頂面；該非對稱Y型光波導包括自該頂面向該基底內部擴散一第一材料而形成的一輸入段、擴散一第二材料而形成的一第一分支及擴散一第三材料而形成的一第二分支；該第一分支及該第二分支自該輸入段分岔出，該第一分支與該輸入段之間形成直線通道，該第二分支與該輸入段之間存在夾角，該輸入段與該第一分支及該第二分支之間形成一介面；該對電極設置於該頂面上，平行於該輸入段設置於該輸入段兩側；該極化分離器還包括一平板光波導、一介質光柵及一對調製電極；該平板光波導形成於該基底上且與該輸入段與該第一分支相背一端對接；該介質光柵形成於該平板光波導上且與該中心軸對稱；該對調製電極設置於該平板光波導上且平行於該介質光柵設置於該介質光柵兩側；該平板光波導與該輸入段相背一側用於接收一沿該中心軸的光束；該介質光柵與該平板光波導構成一繞射型光波導透鏡以會聚該光束；該對調製電極用於載入一調製電場以通過電光效應改變該平板光波導的折射率從而改變該繞射型光波導透鏡的焦距。
  2. 如請求項1所述的極化分離器，其中，該基底採用鈮酸鋰晶體。
  3. 如請求項1所述的極化分離器，其中，該第一材料為金屬鈦。
  4. 如請求項1所述的極化分離器，其中，該第二材料為金屬鎵。
  5. 如請求項1所述的極化分離器，其中，該第三材料為鋅鎳合金。
  6. 如請求項1所述的極化分離器，其中，該平板光波導通過向該頂面擴散金屬鈦而形成。
  7. 如請求項1所述的極化分離器，其中，該介質光柵為啁啾光柵，並包括多 個矩形的、平行設置的介質條，該多個介質條平行於該中心軸設置，且高度基本相同；該多個介質條的數目為奇數，且沿該中心軸到遠離該中心軸的方向，該介質條的寬度越來越小，而相鄰兩個該介質條的間隙也越來越小。
  8. 如請求項7所述的極化分離器，其中，以該介質光柵的寬度方向為x軸，該中心軸與x軸的相交點為原點，沿該中心軸到遠離該中心軸一側的方向為x軸正向，該多個介質條的第n個邊界x n 滿足如下條件： n為正整數，a及k為常數且與該繞射型光波導透鏡的焦距相關。
  9. 如請求項1所述的極化分離器，其中，該介質光柵是形成於該頂面上的高折射率薄膜或擴散有金屬鈦的鈮酸鋰晶體。
TW102104221A 2013-02-04 2013-02-04 極化分離器 TWI572917B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102104221A TWI572917B (zh) 2013-02-04 2013-02-04 極化分離器
US13/923,287 US8977081B2 (en) 2013-02-04 2013-06-20 Polarization splitter of high polarization extinction ratio

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102104221A TWI572917B (zh) 2013-02-04 2013-02-04 極化分離器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201432334A TW201432334A (zh) 2014-08-16
TWI572917B true TWI572917B (zh) 2017-03-01

Family

ID=51259277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102104221A TWI572917B (zh) 2013-02-04 2013-02-04 極化分離器

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8977081B2 (zh)
TW (1) TWI572917B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201441693A (zh) * 2013-04-30 2014-11-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 電光調製器
TW201443500A (zh) * 2013-05-15 2014-11-16 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 極化分離器及其製作方法
JP6502837B2 (ja) * 2015-11-27 2019-04-17 日本電信電話株式会社 光信号処理装置
JP7052487B2 (ja) 2018-03-29 2022-04-12 住友大阪セメント株式会社 光素子

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5015053A (en) * 1989-04-25 1991-05-14 Massachusetts Institute Of Technology Reduction of modulator non-linearities with independent bias angle control
US5481636A (en) * 1991-05-02 1996-01-02 Ricoh Company, Ltd. Wavelength conversion element
TW269059B (en) * 1994-07-30 1996-01-21 Nat Science Committee Optic polarization splitter for lithium niobate
TW344037B (en) * 1996-09-30 1998-11-01 Nat Science Council Lithium niobate TE/TM polarization splitter using nickel and zinc diffusions
TW200933224A (en) * 2008-01-18 2009-08-01 Univ Southern Taiwan Metal-diffused single polarization light waveguide chip and manufacturing method thereof

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4384760A (en) * 1980-12-15 1983-05-24 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Polarization transformer
JPH01118105A (ja) * 1987-10-30 1989-05-10 Brother Ind Ltd 薄膜光機能素子
US5146518A (en) * 1990-03-30 1992-09-08 The Furukawa Electric Co., Ltd. Optical directional coupler device and a method of driving same
US5127081A (en) * 1990-08-03 1992-06-30 At&T Bell Laboratories Optical branching waveguide
FR2668615B1 (fr) * 1990-10-31 1992-12-11 France Etat Separateur de polarisations pour lumiere guidee.
US5630004A (en) * 1994-09-09 1997-05-13 Deacon Research Controllable beam director using poled structure
AT505634B1 (de) * 2007-10-17 2009-03-15 Arc Austrian Res Centers Gmbh Einrichtung zur erzeugung von verschränkten photonen
FR2956218B1 (fr) * 2010-02-09 2012-02-24 Commissariat Energie Atomique Coupleur optique integre

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5015053A (en) * 1989-04-25 1991-05-14 Massachusetts Institute Of Technology Reduction of modulator non-linearities with independent bias angle control
US5481636A (en) * 1991-05-02 1996-01-02 Ricoh Company, Ltd. Wavelength conversion element
TW269059B (en) * 1994-07-30 1996-01-21 Nat Science Committee Optic polarization splitter for lithium niobate
TW344037B (en) * 1996-09-30 1998-11-01 Nat Science Council Lithium niobate TE/TM polarization splitter using nickel and zinc diffusions
TW200933224A (en) * 2008-01-18 2009-08-01 Univ Southern Taiwan Metal-diffused single polarization light waveguide chip and manufacturing method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
康家興，論文:可調式鋅鎳共同擴散及鎵擴散式鈮酸鋰光波導極化分離器之研製，國立台灣大學，2012/05/19 *

Also Published As

Publication number Publication date
US8977081B2 (en) 2015-03-10
US20140219601A1 (en) 2014-08-07
TW201432334A (zh) 2014-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI572917B (zh) 極化分離器
JP2014197054A (ja) 光変調器
TW201441721A (zh) 電光調製器
JP5729075B2 (ja) 光導波路素子
US9513441B2 (en) Polarizing splitter and method for manufacturing same
US20140177997A1 (en) Waveguide lens including planar waveguide and media grating
TWI557467B (zh) 電光調製器及其製造方法
TW201439624A (zh) 電光調製器
TWI578041B (zh) 光耦合裝置
TWI572912B (zh) 光調變器
JP6084177B2 (ja) 光導波路デバイス
TW201426063A (zh) 用於製造光耦合裝置的製造方法
TWI572920B (zh) 光耦合裝置
TWI575274B (zh) 光耦合裝置
TWI572930B (zh) 光耦合裝置
TWI572914B (zh) 光耦合裝置
US20140185985A1 (en) Waveguide lens for coupling laser light source and optical element
CN103969743A (zh) 极化分离器
JP6260631B2 (ja) 光導波路デバイス
JP2019008256A (ja) 干渉計導波路
JP2023133930A (ja) 光位相変調器
JP2007256675A (ja) 電気光学素子

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees