基于波導寬度漸變彎曲定向耦合器的偏振分合束器及方法與流程

本發明涉及光通信器件領域，具體是涉及一種基于波導寬度漸變彎曲定向耦合器的偏振分合束器及方法。

背景技術：

偏振分合束器是光通信中偏振復用等應用的一個重要器件。目前使用的偏振分合束器大都采用定向耦合器結構，由兩根寬度和高度相同組成的普通的定向耦合器的帶寬很小，而且耦合效率對定向耦合器的一些參數，例如定向耦合器兩根波導間的間隙，比較敏感，所以使用較低成本的生產工藝時成品率得不到保證。

目前有很多改進方式來提高定向耦合器型偏振分合束器的帶寬，例如彎曲波導型定向耦合器、狹縫型定向耦合器、橋式定向耦合器和模式變換型定向耦合器，但是這些都沒有同時很好地解決帶寬、偏振消光比和工藝容差的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種基于波導寬度漸變彎曲定向耦合器的偏振分合束器及方法，能夠在超過100nm的波長范圍內實現高效地偏振合束或者分束，工藝復雜度低，容差大，成品率高。

本發明提供一種基于波導寬度漸變彎曲定向耦合器的偏振分合束器，該偏振分合束器包括第一直波導、第一寬度漸變彎曲波導、第二寬度漸變彎曲波導、第一非耦合區彎曲波導、第二非耦合區彎曲波導、第二直波導、第三直波導，第一寬度漸變彎曲波導的寬度沿傳播方向逐漸變寬，第二寬度漸變彎曲波導的寬度沿傳播方向逐漸變窄，第一寬度漸變彎曲波導的一端與第一非耦合區彎曲波導的一端連接，連接處寬度相等；第一非耦合區彎曲波導的另一端與第二直波導的一端連接，連接處寬度相等；第一直波導的一端與第二寬度漸變彎曲波導的一端連接，連接處寬度相等；第二寬度漸變彎曲波導的另一端與第二非耦合區彎曲波導的一端連接，連接處寬度相等；第二非耦合區彎曲波導的另一端與第三直波導的一端連接，連接處寬度相等。

在上述技術方案的基礎上，所述第一寬度漸變彎曲波導和第二寬度漸變彎曲波導組成模式耦合區，實現橫磁模、橫電模的分束或者合束。

在上述技術方案的基礎上，所述第一非耦合區彎曲波導和第二非耦合區彎曲波導組成解耦合區，使模式不再耦合。

在上述技術方案的基礎上，所述第一非耦合區彎曲波導、第二非耦合區彎曲波導為寬度漸變波導，或者寬度不變波導。

在上述技術方案的基礎上，所述第一直波導為輸入端時，第二直波導、第三直波導均為輸出端。

在上述技術方案的基礎上，橫磁模、橫電模均從第一直波導入射時，橫磁模經過第二寬度漸變彎曲波導時逐漸耦合到第一寬度漸變彎曲波導中，再入射到第一非耦合區彎曲波導中，然后從第二直波導輸出；橫電模經過第二寬度漸變彎曲波導入射到第二非耦合區彎曲波導中，然后從第三直波導輸出。

在上述技術方案的基礎上，所述第二直波導、第三直波導均為輸入端時，第一直波導為輸出端。

在上述技術方案的基礎上，橫磁模從第二直波導輸入、橫電模從第三直波導輸入時，橫磁模入射到第一非耦合區彎曲波導中，然后再從第一非耦合區彎曲波導入射到第一寬度漸變彎曲波導中，在第一寬度漸變彎曲波導中傳播時逐漸耦合到第二寬度漸變彎曲波導中；橫電模經過第二非耦合區彎曲波導入射到第二寬度漸變彎曲波導中；最終從第一直波導輸出合束的橫磁模和橫電模。

本發明還提供一種應用于上述偏振分合束器的基于波導寬度漸變彎曲定向耦合器的偏振分合束方法，包括以下步驟：

橫磁模、橫電模均從第一直波導入射時，橫磁模經過第二寬度漸變彎曲波導時逐漸耦合到第一寬度漸變彎曲波導中，再入射到第一非耦合區彎曲波導中，然后從第二直波導輸出；橫電模經過第二寬度漸變彎曲波導入射到第二非耦合區彎曲波導中，然后從第三直波導輸出；

橫磁模從第二直波導輸入、橫電模從第三直波導輸入時，橫磁模入射到第一非耦合區彎曲波導中，然后再從第一非耦合區彎曲波導入射到第一寬度漸變彎曲波導中，在第一寬度漸變彎曲波導中傳播時逐漸耦合到第二寬度漸變彎曲波導中；橫電模經過第二非耦合區彎曲波導入射到第二寬度漸變彎曲波導中；最終從第一直波導輸出合束的橫磁模和橫電模。

與現有技術相比，本發明的優點如下：

本發明中的第一寬度漸變彎曲波導的寬度沿傳播方向逐漸變寬，第二寬度漸變彎曲波導的寬度沿傳播方向逐漸變窄，這種絕熱耦合可以進一步加寬彎曲波導定向耦合器的帶寬。采用一根波導寬度逐漸縮小，而另一根波導寬度逐漸加寬的彎曲定向耦合器結構，使入射的橫磁模模耦合到另一根波導內傳播，而入射的橫電模模則保持在原入射波導中傳播，由于梯形波導定向耦合器和彎曲波導定向耦合器都具有寬帶寬的特性，那么具有這兩種形狀特征的定向耦合器的帶寬將進一步增加，最終在超過100nm的波長范圍內實現高效地偏振合束或者分束，工藝復雜度低，容差大，成品率高。

附圖說明

圖1是本發明實施例中基于波導寬度漸變彎曲定向耦合器的偏振分合束器的俯視圖。

圖2是圖1沿A-A方向的側視圖。

圖3是圖1沿B-B方向的側視圖。

圖4是圖1沿C₁-C₁方向的剖視圖。

圖5是圖1沿C₂-C₂方向的剖視圖。

附圖標記：1-第一直波導，2-第一寬度漸變彎曲波導，3-第二寬度漸變彎曲波導，4-第一非耦合區彎曲波導，5-第二非耦合區彎曲波導，6-第二直波導，7-第三直波導。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。

參見圖1～圖5所示，本發明實施例提供一種基于波導寬度漸變彎曲定向耦合器的偏振分合束器，該偏振分合束器包括第一直波導1、第一寬度漸變彎曲波導2、第二寬度漸變彎曲波導3、第一非耦合區彎曲波導4、第二非耦合區彎曲波導5、第二直波導6、第三直波導7，參見圖1、圖4、圖5所示，第一寬度漸變彎曲波導2的寬度沿傳播方向逐漸變寬，第二寬度漸變彎曲波導3的寬度沿傳播方向逐漸變窄，這種絕熱耦合可以進一步加寬彎曲波導定向耦合器的帶寬。

參見圖1所示，第一寬度漸變彎曲波導2的一端與第一非耦合區彎曲波導4的一端連接，連接處寬度相等；第一非耦合區彎曲波導4的另一端與第二直波導6的一端連接，連接處寬度相等；第一直波導1的一端與第二寬度漸變彎曲波導3的一端連接，連接處寬度相等；第二寬度漸變彎曲波導3的另一端與第二非耦合區彎曲波導5的一端連接，連接處寬度相等；第二非耦合區彎曲波導5的另一端與第三直波導7的一端連接，連接處寬度相等。

第一非耦合區彎曲波導4、第二非耦合區彎曲波導5可以為寬度漸變波導，也可為寬度不變波導。

參見圖1所示，第一寬度漸變彎曲波導2和第二寬度漸變彎曲波導3組成模式耦合區，實現TM模(Transverse Magnetic mode，橫磁模)、TE模(Transverse Electric mode，橫電模)的分束或者合束；第一非耦合區彎曲波導4和第二非耦合區彎曲波導5組成解耦合區，使模式不再耦合。

參見圖1所示，第一直波導1左端為輸入端時，第二直波導6、第三直波導7右端均為輸出端；第二直波導6、第三直波導7右端均為輸入端時，第一直波導1左端為輸出端。

本發明實施例還提供一種應用于上述偏振分合束器的基于波導寬度漸變彎曲定向耦合器的偏振分合束方法，包括以下步驟：

TM模、TE模均從第一直波導1入射時，TM模經過第二寬度漸變彎曲波導3時逐漸耦合到第一寬度漸變彎曲波導2中，再入射到第一非耦合區彎曲波導4中，然后從第二直波導6輸出；TE模經過第二寬度漸變彎曲波導3入射到第二非耦合區彎曲波導5中，然后從第三直波導7輸出；

TM模從第二直波導6輸入、TE模從第三直波導7輸入時，TM模入射到第一非耦合區彎曲波導4中，然后從第一非耦合區彎曲波導4入射到第一寬度漸變彎曲波導2中，在第一寬度漸變彎曲波導2中傳播時逐漸耦合到第二寬度漸變彎曲波導3中；TE模經過第二非耦合區彎曲波導5入射到第二寬度漸變彎曲波導3中；最終從第一直波導1輸出合束的TM模和TE模。

本領域的技術人員可以對本發明實施例進行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則這些修改和變型也在本發明的保護范圍之內。

說明書中未詳細描述的內容為本領域技術人員公知的現有技術。