束旋轉(zhuǎn)器為形成在SOI材料上，所述波導(dǎo)部分(圖1中標(biāo)號(hào)100、102和103所在部分)形成在頂層娃中，頂層娃的厚度Hl的范圍為200nm?500nm，二氧化娃上包層104的厚度SI的范圍I μ m?5 μ m，二氧化娃下包層105的厚度S2的范圍為I μ m?5 μ m。其中，頂層硅的厚度Hl和二氧化硅下包層105的厚度S2的取值由市場(chǎng)上售賣的各種規(guī)格的SOI圓片材料決定，二氧化硅上包層104是由化學(xué)氣相沉積工藝形成，其厚度SI是根據(jù)形成所述化學(xué)氣相沉積工藝進(jìn)行的條件決定的。
[0057]本實(shí)施例中進(jìn)入所述偏振分束旋轉(zhuǎn)器的光的波長(zhǎng)范圍為1.25 μ m?1.75 μ m
[0058]如圖1所示，整個(gè)硅基偏振分束旋轉(zhuǎn)器分成三個(gè)部分，包括形成在SOI材料的頂層硅上的波導(dǎo)，所述波導(dǎo)至少包括順次連接的單模輸入波導(dǎo)100、雙刻蝕波導(dǎo)和非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)103。具體為圖1中虛線AA’到虛線BB’之間的單模輸入波導(dǎo)100、虛線BB’到虛線DD’之間的雙刻蝕波導(dǎo)的第二刻蝕區(qū)101和第一刻蝕區(qū)102、從虛線DD’到虛線EE’之間的非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)103。
[0059]所述雙刻蝕波導(dǎo)包括一端與所述單模輸入波導(dǎo)100順應(yīng)連接的第一刻蝕區(qū)102和位于所述第一刻蝕區(qū)102兩側(cè)的第二刻蝕區(qū)101，所述第二刻蝕區(qū)101低于所述第一刻蝕區(qū)102。所述非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)包括根波導(dǎo)、第一 Y分支波導(dǎo)和第二 Y分支波導(dǎo)。
[0060]在工作中，光由虛線AA’到虛線BB’之間的單模輸入波導(dǎo)100入射，再經(jīng)過虛線BB’到虛線DD’之間的雙刻蝕波導(dǎo)(101、102)和虛線DD’到虛線EE’之間的非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)，最后在虛線EE’的兩個(gè)波導(dǎo)輸出。本實(shí)施例中以輸入單模輸入波導(dǎo)100的單模光為TEO模式和TMO模式(本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是TEO模式和TMO模式為正交模式)為例，在所述雙刻蝕波導(dǎo)(101、102)之間，由于雙刻蝕波導(dǎo)包括高度不同的第二刻蝕區(qū)101和第一刻蝕區(qū)102，使得雙刻蝕波導(dǎo)具有非對(duì)稱性，能夠?qū)⒃菊坏腡EO和TMO模式變成混合模式，通過相關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)，使得從虛線DD’處輸出至非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)的根波導(dǎo)的為TEO模式和TEl模式，然后經(jīng)過非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)，分別從第一 Y分支波導(dǎo)和第二 Y分支波輸出TEO模式的光，從而實(shí)現(xiàn)輸出光全部為TE模式。
[0061]具體的，本實(shí)施例所提供的偏振分束旋轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)和工作原理如下:
[0062]其中，圖2為虛線AA’到虛線BB’之間的所述單模輸入波導(dǎo)100的截面圖。結(jié)合圖1，對(duì)應(yīng)圖2所示，圖1中，所述單模輸入波導(dǎo)100為寬度為第一寬度Wl，高度為Hl，長(zhǎng)度為L(zhǎng)I的長(zhǎng)條狀。
[0063]—般的，在長(zhǎng)條狀的波導(dǎo)(矩形波導(dǎo))厚度一定的情況下，波導(dǎo)的越寬支持傳輸?shù)哪Ｊ骄驮蕉唷?br>[0064]在本實(shí)施例中，所述單模輸入波導(dǎo)100采用單模波導(dǎo)(即只支持傳輸TEO模式和TMO模式的光)，這樣可以避免各個(gè)模式之間不必要的模式轉(zhuǎn)化或者其他問題。具體的，本實(shí)施例中，所述單模輸入波導(dǎo)100的厚度為H1，H1的范圍為200nm?500nm，設(shè)置所述第一寬度Wl為350nm?650nm以滿足波導(dǎo)的單模條件。在本實(shí)施例中，所述單模輸入波導(dǎo)100的長(zhǎng)度LI沒有特別的限制。
[0065]圖3至圖5為圖1中虛線BB’到虛線DD’之間所述雙刻蝕波導(dǎo)的截面圖。結(jié)合圖1，對(duì)應(yīng)圖3至圖5所示，所述雙刻蝕波導(dǎo)包括一端與所述單模輸入波導(dǎo)100順應(yīng)連接的第一刻蝕區(qū)102和位于所述第一刻蝕區(qū)102兩側(cè)的第二刻蝕區(qū)101，所述第一刻蝕區(qū)102的高度為H1，所述第二刻蝕區(qū)101的高度為H2。且所述第一刻蝕區(qū)102的高度與所述單模輸入波導(dǎo)100的高度Hl相等，并且大于所述第二刻蝕區(qū)101的高度H2。
[0066]所述雙刻蝕波導(dǎo)的形成方式可以利用雙刻蝕工藝。本實(shí)施例中所述雙刻蝕工藝可以為:先利用第一刻蝕工藝在頂層硅中刻蝕出高度為Hl的單模輸入波導(dǎo)100、雙刻蝕波導(dǎo)(包括第一刻蝕區(qū)102和第二刻蝕區(qū)101的形狀)和非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)103的形狀，然后利用掩膜覆蓋住高度為Hl的單模輸入波導(dǎo)100、第一刻蝕區(qū)102和非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)103，暴露出所述第二刻蝕區(qū)101的區(qū)域；然后利用第二刻蝕工藝將所述第二刻蝕區(qū)101的區(qū)域的頂層硅的高度刻蝕至高度為H2。
[0067]再結(jié)合參考圖1所示，所述雙刻蝕波導(dǎo)包括位于虛線BB’到虛線CC’之間的第一雙刻蝕波導(dǎo)和虛線CC’處到虛線DD’之間第二雙刻蝕波導(dǎo)。其中，位于虛線BB’到虛線CC’之間的第一雙刻蝕波導(dǎo)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，虛線CC’處到虛線DD’之間第二雙刻蝕波導(dǎo)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3o
[0068]如圖3所示，所述第一刻蝕區(qū)102在與所述單模輸入波導(dǎo)100相連處(即圖1中虛線BB’處)的寬度為Wl，所述第一刻蝕區(qū)102某一側(cè)的第二刻蝕區(qū)101在靠近所述單模輸入波導(dǎo)100的一端(即圖1中虛線BB’處)的寬度為Cl。
[0069]如圖4所示，所述第一刻蝕區(qū)102在與所述第一雙刻蝕波導(dǎo)和第二雙刻蝕波導(dǎo)交界處(即圖1中虛線CC’處)的寬度為W2，所述第一刻蝕區(qū)102其中一側(cè)的第二刻蝕區(qū)101在靠近所述單模輸入波導(dǎo)100的一端(即圖1中虛線CC’處)的寬度為C2。
[0070]如圖5所示，所述第一刻蝕區(qū)102在與非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)的相連處(即圖1中虛線DD’處)的寬度為W3，所述第一刻蝕區(qū)102其中一側(cè)的第二刻蝕區(qū)101在靠近所述非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)103的一端(即圖1中虛線DD’處)的寬度為C3。
[0071]在圖1中虛線BB’到虛線CC’之間的第一雙刻蝕波導(dǎo)中的所述第一刻蝕區(qū)102為寬度遞增的錐形波導(dǎo)，所述第二刻蝕區(qū)101的寬度也線性遞增。
[0072]本實(shí)施例中，在圖1中虛線BB’處，所述第一刻蝕區(qū)102的寬度為單模輸入波導(dǎo)的寬度，為第一寬度W1，范圍為350nm?650nm。所述第二刻蝕區(qū)101的寬度Cl = Onm?50nm。在圖1中虛線CC’處，所述第一刻蝕區(qū)102的寬度W2 = Wl+50nm?Wl+200nm，所述第二刻蝕區(qū)101的寬度C2 = 200-1000nm。在虛線BB’到虛線CC’之間，所述第一刻蝕區(qū)102的寬度由Wl線性增加到W2，所述第二刻蝕區(qū)101的寬度由Cl線性增加到C2。并且，第二刻蝕區(qū)101的高度H2為50nm?150nm。
[0073]在詮釋位于虛線BB’到虛線CC’之間的第一雙刻蝕波導(dǎo)的工作原理之前，需要先闡述一些概念，具體如下:
[0074]一般來說，波導(dǎo)越寬，所能支持傳輸?shù)哪Ｊ皆蕉?。比如，一波?dǎo)支持5個(gè)模式，按照模式有效折射率從大到小，分別從O到4標(biāo)號(hào)，稱作O階模，I階模，一直到4階模。這5個(gè)模式假設(shè)有3個(gè)TE模式和2個(gè)TM模式，那么TE模式按照有效折射率從大到小排列分別是TEO，TEl，TE2，而TM模式按照有效折射率從大到小排列分別是TM0，TM1。綜合起來，這能傳播5個(gè)模式的波導(dǎo)可傳輸?shù)哪Ｊ綖門EO，TMO, TEl, TMl, TE2。
[0075]一般采用對(duì)稱波導(dǎo)進(jìn)行光的傳輸時(shí)，波導(dǎo)中的模式分別是TE0，TE1，TE2，…，ΤΜ0，TM1，TM2，……。其中的TE的電場(chǎng)方向是平行于橫向，TM的電場(chǎng)方向是垂直于橫向的傳播方向，上述模式中任意兩個(gè)模式如果求重疊積分都是0，所以上述模式TE0，TE1等模式為正交模式。
[0076]但是如果波導(dǎo)橫截面不是對(duì)稱的，那么在某些尺寸下的波導(dǎo)支持的模式的電場(chǎng)方向既不垂直也不平行，模式表現(xiàn)出既不是TE也不是TM的混合模式，即理解成TE和TM的過渡形式。
[0077]具體的，本實(shí)施例中，在已經(jīng)確定好單模輸入波導(dǎo)的寬度Wl和厚度Hl的基礎(chǔ)上，通過對(duì)第一刻蝕區(qū)102在虛線CC’處的寬度W2，第二刻蝕區(qū)101在虛線BB’處的寬度Cl，第二刻蝕區(qū)101在虛線CC’處的寬度C2以及第二刻蝕區(qū)101的高度H2這四個(gè)參數(shù)的設(shè)置，可以使得波導(dǎo)在虛線BB’處的橫截面(圖3所示橫截面)所支持傳輸?shù)墓獾腛階模為TEO模式，I階模為TMO模式，而在虛線CC’處的橫截面(圖4所示橫截面)所支持傳輸?shù)墓獾腛階模為TEO模式、I階模為TEl模式、2階模為TMO模式。
[0078]由于第一刻蝕區(qū)102和第二刻蝕區(qū)101的高度不同，使得雙刻蝕波導(dǎo)的橫截面上下不對(duì)稱，故在傳輸過程中，沿著傳輸方向，位于虛線BB’到虛線CC’之間的第一雙刻蝕波導(dǎo)中會(huì)存在模式混合區(qū)域，即TE和TM的過渡形式。
[0079]所以虛線BB’處截面輸入的I階TMO模式可以緩慢地轉(zhuǎn)化為虛線CC’處截面輸出的I階TEl模式，而虛線BB’處截面輸入的O階TEO模式在虛線CC’處截面輸出保持不變，依然是O階模TEO模式。
[0080]故位于虛線BB’到虛線CC’之間的第一雙刻蝕波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了 TEO模式轉(zhuǎn)化為TEl模式。即輸入單模輸入波導(dǎo)100，并傳輸至虛線BB’處截面的TEO模式和TMO模式，經(jīng)過第一雙刻蝕波導(dǎo)的傳輸，在虛線CC’處截面輸出的為TEl模式和TMO模式。
[0081]具體上述基于雙刻蝕波導(dǎo)的模式轉(zhuǎn)化原理具體參考已公開論文:J.Wang，M.Qij Y.Xuanj H.Huangj Y.Li，Μ.Li，X.Chen, Q.Jiaj Z.Shengj A.Wuj W.Li，X.Wang, S.Zouj andF.Ganj"Proposal for fabricat1n-tolerant SOI polarizat1n splitter-rotatorbased on cascaded MMI couplers and an assisted b1-level taper, 〃0pt