一 S彎型波導5的上端連接第一輸出波導7 ;在水平混合等離子體波導4的上端連接第二 S彎型波導6，在第二 S彎型波導6的上端連接第二輸出波導8。
[0018]輸入的橫電模信號從與水平混合等離子體波導4相連的第二 S彎型波導6及第二輸出波導8進行輸出，輸入的橫磁模信號從與垂直混合等離子體波導3相連的第一 S彎型波導5及第一輸出波導7進行輸出。
[0019]具體的，光信號在上述結構的娃基納米線偏振分束器中的傳輸特征如下:包含橫電模(TE)和橫磁模(TM)的入射光信號從輸入波導I進入，接著進入錐形過渡波導2，輸入的光信號模式開始逐漸向包層中擴展(由于波導芯層的寬度越來越小，無法有效地支持波導模式);同時位于錐形過渡波導2兩側的垂直混合等離子體波導3、水平混合等離子體波導4因其模式偏振態(tài)剛好正交(一個TM，一個TE)，因此在模式演變區(qū)，輸入的TE模將逐漸耦合至水平混合等離子體波導4，輸入的TM模將逐漸耦合至垂直混合等離子體波導3，而相反的模式耦合行為因模式間存在較大的差異(模式正交性)將無法產生。緊接著在垂直混合等離子體波導3、水平混合等離子體波導4的末端分別連接第一 S彎型波導5、第二 S彎型波導6，從而將兩個不同的偏振態(tài)(TM和TE)進一步分離，以提高偏振消光比，并最終從各自的輸出端口，即第一輸出波導7、第二輸出波導8進行輸出。其中，為了更好的匹配錐形過渡波導2，垂直混合等離子體波導3、水平混合等離子體波導4的結構也采用部分錐形過渡的結構，使得它們與錐形過渡波導2的間距保持不變。通過這種結構可以很好的實現(xiàn)輸入TE、TM偏振態(tài)的分離，與傳統(tǒng)基于模式耦合型的定向耦合器相比本發(fā)明器件基于模式演變原理，因而具有更大的工作帶寬，同時對器件尺寸的變化不敏感具有較大的制造公差；另外與一般的模式演變型波導結構相比本發(fā)明由于采用了偏振相關性更強的混合等離子體波導構建模式演變區(qū)因而具有更小的器件尺寸，易于與其它緊湊型器件集成。
[0020]圖2為本發(fā)明硅基納米線偏振分束器模式演變區(qū)波導結構的橫截面圖，中間為連接輸入波導I的錐形過渡波導2，右側為垂直混合等離子體波導3，包括第一介質波導31和金屬層32，左側為水平混合等離子體波導4，包括第二介質波導41和金屬覆蓋層42，所有的波導均在襯底9上進行生長并覆蓋有上包層10。對于混合等離子體波導，其介質波導與金屬層之間的間隔填充低折射率的包層材料(一般為S12)，且間距為40nm?60nm(垂直混合等離子體波導)和20nm?30nm(水平混合等離子體波導)。從圖2中可以看出，采用這種非對稱波導結構(垂直、水平混合等離子體波導)及由此設計的器件，因存在較強的偏振相關性，對于任一輸入偏振態(tài)(TE或TM)的信號在傳輸過程中只能耦合至特定的波導端(TE至水平混合等離子體波導，TM至垂直混合等離子體波導)，而無法耦合至另外一端(由于所采用的非對稱波導結構明顯增強了器件整體的偏振相關性)，因而具有偏振分束效果好、消光比尚、串擾低等優(yōu)點。
[0021]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于模式演變原理的娃基納米線偏振分束器，其特征在于，該娃基納米線偏振分束器包括輸入波導(I)、錐形過渡波導(2)、垂直混合等離子體波導(3)、水平混合等離子體波導(4)、第一 S彎型波導(5)、第二 S彎型波導(6)、第一輸出波導(7)、第二輸出波導(8);其中垂直混合等離子體波導(3)和水平混合等離子體波導(4)分別位于錐形過渡波導(2)的兩側，并且與錐形過渡波導(2)的間距保持一致；在錐形過渡波導(2)的下端連接有輸入波導(I)，垂直混合等離子體波導(3)的上端連接第一 S彎型波導(5)，在第一 S彎型波導(5)的上端連接第一輸出波導(7);在水平混合等離子體波導(4)的上端連接第二 S彎型波導(6)，在第二 S彎型波導(6)的上端連接第二輸出波導(8)。2.如權利要求1所述的一種基于模式演變原理的硅基納米線偏振分束器，其特征在于，垂直混合等離子體波導(3)和水平混合等離子體波導(4)中靠近錐形過渡波導(2)的一側采用錐形過渡結構，另一側為普通的線性結構，并且錐形過渡波導(2)、垂直混合等離子體波導(3)和水平混合等離子體波導(4)的尖端最小寬度保持為80nm?120nm。3.如權利要求1所述的一種基于模式演變原理的硅基納米線偏振分束器，其特征在于，垂直混合等離子體波導(3)中第一介質波導(31)與金屬層(32)的間距為40nm?60nm，水平混合等離子體波導(4)中的第二介質波導(41)與金屬覆蓋層(42)的間距為20nm?30nmo
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模式演變原理的硅基納米線偏振分束器，可用于集成光學和硅基光子學等領域。其中垂直混合等離子體波導(3)和水平混合等離子體波導(4)分別位于錐形過渡波導(2)的兩側，并且與錐形過渡波導(2)的間距保持一致；在錐形過渡波導(2)的下端連接有輸入波導(1)，垂直混合等離子體波導(3)的上端連接第一S彎型波導(5)，在第一S彎型波導(5)的上端連接第一輸出波導(7)；在水平混合等離子體波導(4)的上端連接第二S彎型波導(6)，在第二S彎型波導(6)的上端連接第二輸出波導(8)。該器件具有偏振分束效率高、損耗低、制造公差大、工作帶寬大等優(yōu)點，同時能用于構建片上偏振分集方案，以實現(xiàn)偏振無關傳輸。
【IPC分類】G02B6/126
【公開號】CN105093408
【申請?zhí)枴緾N201510607997
【發(fā)明人】肖金標, 徐銀
【申請人】東南大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月22日