1.基于非对称耦合的两级亚波长光栅硅基光偏振分束旋转器,其特征在于,采用二氧化硅作为基底,空气作为上包层以打破垂直对称性;使用硅波导,形成偏振分束旋转器主体;
所述硅波导分为三部分:波导1为一级耦合亚波长光栅波导,等效拓宽波导特征尺寸,进而增大制作容差;波导2为两级锥形刻蚀波导,第一级锥形刻蚀与波导1完成相位匹配,实现偏振旋转,第二级刻蚀为反锥形刻蚀,用于恢复波导厚度实现二级耦合;波导3为二级亚波长光栅波导,对残留的TM0偏振模式进行二次耦合滤除。
2.根据权利要求1所述的基于非对称耦合的两级亚波长光栅硅基光偏振分束旋转器,其特征在于,所述波导1引入折射率的周期调制,并按照亚波长光栅折射率等效原理设计如下:neq=pn1+(1-p)n2 (1)其中,neq为等效折射率,p为光栅占空比,n1和n2分别为光栅两段的材料折射率;此处n2为空气,所以有效折射率为1。
3.根据权利要求2所述的基于非对称耦合的两级亚波长光栅硅基光偏振分束旋转器,其特征在于,所述波导2采用部分锥形刻蚀,刻蚀段分为两级;第一段为耦合区,通过部分刻蚀使得该段的TM0偏振态与波导1的TE0偏振态满足相位匹配条件:neff1(TE0)=neff2(TM0) (2)其中,neff1(TE0)表示波导1中TE0偏振模式的有效折射率,neff2(TM0)表示波导2中TM0偏振模式的有效折射率;将刻蚀段的中点设为相位匹配点;经过上述刻蚀,波导2的耦合段实现偏振分束旋转功能;而后波导2的第二级刻蚀将恢复波导2为均匀波导。
4.根据权利要求3所述的基于非对称耦合的两级亚波长光栅硅基光偏振分束旋转器,其特征在于,所述波导3为亚波长光栅结构,主要是与波导2完成偏振耦合,实现残留偏振模式的滤除;在完成耦合后尾部逐渐收窄,形成锥形将耦合而来的能量耗散到自由空间;
由于波导3的引入,在前两部分制作产生误差的情况下,将未按预期耦合进入波导1的TM0偏振模式滤除,从而解决亚波长光栅结构的偏振分束旋转器消光比较低的问题;
经过上述三部分组成的偏振分束旋转器后,TM0偏振模式成功被分束入波导1,同时完成TM0到TE0的偏振模式旋转,而整体结构并不对入射的TE0偏振模式发生作用,保证其以极低的损耗从波导2输出。
5.根据权利要求4所述的基于非对称耦合的两级亚波长光栅硅基光偏振分束旋转器,其特征在于,所述波导1中亚波长光栅的宽度为522nm,占空比为0.7;波导2中刻蚀深度设为
70nm;波导3中亚波长光栅的宽度为678nm,占空比为0.6。