本發(fā)明涉及光通信器件領(lǐng)域，具體是涉及一種基于波導(dǎo)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(shù)：

偏振分合束器是光通信中偏振復(fù)用等應(yīng)用的一個(gè)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(jié)構(gòu)，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(duì)定向耦合器的一些參數(shù)，例如定向耦合器兩根波導(dǎo)間的間隙，比較敏感，所以使用較低成本的生產(chǎn)工藝時(shí)成品率得不到保證。

目前有很多改進(jìn)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(dǎo)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(shí)很好地解決帶寬、偏振消光比和工藝容差的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種基于波導(dǎo)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(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效地偏振合束或者分束，工藝復(fù)雜度低，容差大，成品率高。

本發(fā)明提供一種基于波導(dǎo)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(dǎo)、第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)、第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)、第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)、第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)、第二直波導(dǎo)、第三直波導(dǎo)，第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)的寬度沿傳播方向逐漸變寬，第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)的寬度沿傳播方向逐漸變窄，第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)的一端與第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)的一端連接，連接處寬度相等；第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)的另一端與第二直波導(dǎo)的一端連接，連接處寬度相等；第一直波導(dǎo)的一端與第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)的一端連接，連接處寬度相等；第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)的另一端與第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)的一端連接，連接處寬度相等；第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)的另一端與第三直波導(dǎo)的一端連接，連接處寬度相等。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)和第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)組成模式耦合區(qū)，實(shí)現(xiàn)橫磁模、橫電模的分束或者合束。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)和第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)組成解耦合區(qū)，使模式不再耦合。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)、第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)為寬度漸變波導(dǎo)，或者寬度不變波導(dǎo)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一直波導(dǎo)為輸入端時(shí)，第二直波導(dǎo)、第三直波導(dǎo)均為輸出端。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，橫磁模、橫電模均從第一直波導(dǎo)入射時(shí)，橫磁模經(jīng)過第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)時(shí)逐漸耦合到第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)中，再入射到第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)中，然后從第二直波導(dǎo)輸出；橫電模經(jīng)過第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)入射到第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)中，然后從第三直波導(dǎo)輸出。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第二直波導(dǎo)、第三直波導(dǎo)均為輸入端時(shí)，第一直波導(dǎo)為輸出端。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，橫磁模從第二直波導(dǎo)輸入、橫電模從第三直波導(dǎo)輸入時(shí)，橫磁模入射到第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)中，然后再?gòu)牡谝环邱詈蠀^(qū)彎曲波導(dǎo)入射到第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)中，在第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)中傳播時(shí)逐漸耦合到第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)中；橫電模經(jīng)過第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)入射到第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)中；最終從第一直波導(dǎo)輸出合束的橫磁模和橫電模。

本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于上述偏振分合束器的基于波導(dǎo)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(dǎo)入射時(shí)，橫磁模經(jīng)過第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)時(shí)逐漸耦合到第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)中，再入射到第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)中，然后從第二直波導(dǎo)輸出；橫電模經(jīng)過第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)入射到第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)中，然后從第三直波導(dǎo)輸出；

橫磁模從第二直波導(dǎo)輸入、橫電模從第三直波導(dǎo)輸入時(shí)，橫磁模入射到第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)中，然后再?gòu)牡谝环邱詈蠀^(qū)彎曲波導(dǎo)入射到第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)中，在第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)中傳播時(shí)逐漸耦合到第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)中；橫電模經(jīng)過第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)入射到第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)中；最終從第一直波導(dǎo)輸出合束的橫磁模和橫電模。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

本發(fā)明中的第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)的寬度沿傳播方向逐漸變寬，第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)的寬度沿傳播方向逐漸變窄，這種絕熱耦合可以進(jìn)一步加寬彎曲波導(dǎo)定向耦合器的帶寬。采用一根波導(dǎo)寬度逐漸縮小，而另一根波導(dǎo)寬度逐漸加寬的彎曲定向耦合器結(jié)構(gòu)，使入射的橫磁模模耦合到另一根波導(dǎo)內(nèi)傳播，而入射的橫電模模則保持在原入射波導(dǎo)中傳播，由于梯形波導(dǎo)定向耦合器和彎曲波導(dǎo)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(jìn)一步增加，最終在超過100nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效地偏振合束或者分束，工藝復(fù)雜度低，容差大，成品率高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中基于波導(dǎo)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(cè)視圖。

圖3是圖1沿B-B方向的側(cè)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(biāo)記：1-第一直波導(dǎo)，2-第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)，3-第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)，4-第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)，5-第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)，6-第二直波導(dǎo)，7-第三直波導(dǎo)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

參見圖1～圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于波導(dǎo)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(dǎo)1、第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)2、第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)3、第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)4、第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)5、第二直波導(dǎo)6、第三直波導(dǎo)7，參見圖1、圖4、圖5所示，第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)2的寬度沿傳播方向逐漸變寬，第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)3的寬度沿傳播方向逐漸變窄，這種絕熱耦合可以進(jìn)一步加寬彎曲波導(dǎo)定向耦合器的帶寬。

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

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

參見圖1所示，第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)2和第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)3組成模式耦合區(qū)，實(shí)現(xiàn)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(qū)彎曲波導(dǎo)4和第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)5組成解耦合區(qū)，使模式不再耦合。

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

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種應(yīng)用于上述偏振分合束器的基于波導(dǎo)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(dǎo)1入射時(shí)，TM模經(jīng)過第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)3時(shí)逐漸耦合到第一寬度漸變彎曲波導(dǎo)2中，再入射到第一非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)4中，然后從第二直波導(dǎo)6輸出；TE模經(jīng)過第二寬度漸變彎曲波導(dǎo)3入射到第二非耦合區(qū)彎曲波導(dǎo)5中，然后從第三直波導(dǎo)7輸出；

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

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

說明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。