基于波导宽度渐变弯曲定向耦合器的偏振分合束器及方法与流程

本发明涉及光通信器件领域，具体是涉及一种基于波导宽度渐变弯曲定向耦合器的偏振分合束器及方法。

背景技术：

偏振分合束器是光通信中偏振复用等应用的一个重要器件。目前使用的偏振分合束器大都采用定向耦合器结构，由两根宽度和高度相同组成的普通的定向耦合器的带宽很小，而且耦合效率对定向耦合器的一些参数，例如定向耦合器两根波导间的间隙，比较敏感，所以使用较低成本的生产工艺时成品率得不到保证。

目前有很多改进方式来提高定向耦合器型偏振分合束器的带宽，例如弯曲波导型定向耦合器、狭缝型定向耦合器、桥式定向耦合器和模式变换型定向耦合器，但是这些都没有同时很好地解决带宽、偏振消光比和工艺容差的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于波导宽度渐变弯曲定向耦合器的偏振分合束器及方法，能够在超过100nm的波长范围内实现高效地偏振合束或者分束，工艺复杂度低，容差大，成品率高。

本发明提供一种基于波导宽度渐变弯曲定向耦合器的偏振分合束器，该偏振分合束器包括第一直波导、第一宽度渐变弯曲波导、第二宽度渐变弯曲波导、第一非耦合区弯曲波导、第二非耦合区弯曲波导、第二直波导、第三直波导，第一宽度渐变弯曲波导的宽度沿传播方向逐渐变宽，第二宽度渐变弯曲波导的宽度沿传播方向逐渐变窄，第一宽度渐变弯曲波导的一端与第一非耦合区弯曲波导的一端连接，连接处宽度相等；第一非耦合区弯曲波导的另一端与第二直波导的一端连接，连接处宽度相等；第一直波导的一端与第二宽度渐变弯曲波导的一端连接，连接处宽度相等；第二宽度渐变弯曲波导的另一端与第二非耦合区弯曲波导的一端连接，连接处宽度相等；第二非耦合区弯曲波导的另一端与第三直波导的一端连接，连接处宽度相等。

在上述技术方案的基础上，所述第一宽度渐变弯曲波导和第二宽度渐变弯曲波导组成模式耦合区，实现横磁模、横电模的分束或者合束。

在上述技术方案的基础上，所述第一非耦合区弯曲波导和第二非耦合区弯曲波导组成解耦合区，使模式不再耦合。

在上述技术方案的基础上，所述第一非耦合区弯曲波导、第二非耦合区弯曲波导为宽度渐变波导，或者宽度不变波导。

在上述技术方案的基础上，所述第一直波导为输入端时，第二直波导、第三直波导均为输出端。

在上述技术方案的基础上，横磁模、横电模均从第一直波导入射时，横磁模经过第二宽度渐变弯曲波导时逐渐耦合到第一宽度渐变弯曲波导中，再入射到第一非耦合区弯曲波导中，然后从第二直波导输出；横电模经过第二宽度渐变弯曲波导入射到第二非耦合区弯曲波导中，然后从第三直波导输出。

在上述技术方案的基础上，所述第二直波导、第三直波导均为输入端时，第一直波导为输出端。

在上述技术方案的基础上，横磁模从第二直波导输入、横电模从第三直波导输入时，横磁模入射到第一非耦合区弯曲波导中，然后再从第一非耦合区弯曲波导入射到第一宽度渐变弯曲波导中，在第一宽度渐变弯曲波导中传播时逐渐耦合到第二宽度渐变弯曲波导中；横电模经过第二非耦合区弯曲波导入射到第二宽度渐变弯曲波导中；最终从第一直波导输出合束的横磁模和横电模。

本发明还提供一种应用于上述偏振分合束器的基于波导宽度渐变弯曲定向耦合器的偏振分合束方法，包括以下步骤：

横磁模、横电模均从第一直波导入射时，横磁模经过第二宽度渐变弯曲波导时逐渐耦合到第一宽度渐变弯曲波导中，再入射到第一非耦合区弯曲波导中，然后从第二直波导输出；横电模经过第二宽度渐变弯曲波导入射到第二非耦合区弯曲波导中，然后从第三直波导输出；

横磁模从第二直波导输入、横电模从第三直波导输入时，横磁模入射到第一非耦合区弯曲波导中，然后再从第一非耦合区弯曲波导入射到第一宽度渐变弯曲波导中，在第一宽度渐变弯曲波导中传播时逐渐耦合到第二宽度渐变弯曲波导中；横电模经过第二非耦合区弯曲波导入射到第二宽度渐变弯曲波导中；最终从第一直波导输出合束的横磁模和横电模。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明中的第一宽度渐变弯曲波导的宽度沿传播方向逐渐变宽，第二宽度渐变弯曲波导的宽度沿传播方向逐渐变窄，这种绝热耦合可以进一步加宽弯曲波导定向耦合器的带宽。采用一根波导宽度逐渐缩小，而另一根波导宽度逐渐加宽的弯曲定向耦合器结构，使入射的横磁模模耦合到另一根波导内传播，而入射的横电模模则保持在原入射波导中传播，由于梯形波导定向耦合器和弯曲波导定向耦合器都具有宽带宽的特性，那么具有这两种形状特征的定向耦合器的带宽将进一步增加，最终在超过100nm的波长范围内实现高效地偏振合束或者分束，工艺复杂度低，容差大，成品率高。

附图说明

图1是本发明实施例中基于波导宽度渐变弯曲定向耦合器的偏振分合束器的俯视图。

图2是图1沿A-A方向的侧视图。

图3是图1沿B-B方向的侧视图。

图4是图1沿C₁-C₁方向的剖视图。

图5是图1沿C₂-C₂方向的剖视图。

附图标记：1-第一直波导，2-第一宽度渐变弯曲波导，3-第二宽度渐变弯曲波导，4-第一非耦合区弯曲波导，5-第二非耦合区弯曲波导，6-第二直波导，7-第三直波导。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1～图5所示，本发明实施例提供一种基于波导宽度渐变弯曲定向耦合器的偏振分合束器，该偏振分合束器包括第一直波导1、第一宽度渐变弯曲波导2、第二宽度渐变弯曲波导3、第一非耦合区弯曲波导4、第二非耦合区弯曲波导5、第二直波导6、第三直波导7，参见图1、图4、图5所示，第一宽度渐变弯曲波导2的宽度沿传播方向逐渐变宽，第二宽度渐变弯曲波导3的宽度沿传播方向逐渐变窄，这种绝热耦合可以进一步加宽弯曲波导定向耦合器的带宽。

参见图1所示，第一宽度渐变弯曲波导2的一端与第一非耦合区弯曲波导4的一端连接，连接处宽度相等；第一非耦合区弯曲波导4的另一端与第二直波导6的一端连接，连接处宽度相等；第一直波导1的一端与第二宽度渐变弯曲波导3的一端连接，连接处宽度相等；第二宽度渐变弯曲波导3的另一端与第二非耦合区弯曲波导5的一端连接，连接处宽度相等；第二非耦合区弯曲波导5的另一端与第三直波导7的一端连接，连接处宽度相等。

第一非耦合区弯曲波导4、第二非耦合区弯曲波导5可以为宽度渐变波导，也可为宽度不变波导。

参见图1所示，第一宽度渐变弯曲波导2和第二宽度渐变弯曲波导3组成模式耦合区，实现TM模(Transverse Magnetic mode，横磁模)、TE模(Transverse Electric mode，横电模)的分束或者合束；第一非耦合区弯曲波导4和第二非耦合区弯曲波导5组成解耦合区，使模式不再耦合。

参见图1所示，第一直波导1左端为输入端时，第二直波导6、第三直波导7右端均为输出端；第二直波导6、第三直波导7右端均为输入端时，第一直波导1左端为输出端。

本发明实施例还提供一种应用于上述偏振分合束器的基于波导宽度渐变弯曲定向耦合器的偏振分合束方法，包括以下步骤：

TM模、TE模均从第一直波导1入射时，TM模经过第二宽度渐变弯曲波导3时逐渐耦合到第一宽度渐变弯曲波导2中，再入射到第一非耦合区弯曲波导4中，然后从第二直波导6输出；TE模经过第二宽度渐变弯曲波导3入射到第二非耦合区弯曲波导5中，然后从第三直波导7输出；

TM模从第二直波导6输入、TE模从第三直波导7输入时，TM模入射到第一非耦合区弯曲波导4中，然后从第一非耦合区弯曲波导4入射到第一宽度渐变弯曲波导2中，在第一宽度渐变弯曲波导2中传播时逐渐耦合到第二宽度渐变弯曲波导3中；TE模经过第二非耦合区弯曲波导5入射到第二宽度渐变弯曲波导3中；最终从第一直波导1输出合束的TM模和TE模。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。