一種波導(dǎo)型可調(diào)控檢偏器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于集成光子學(xué)領(lǐng)域，涉及光波導(dǎo)功能器件，具體指一種基于電光效應(yīng)的 可調(diào)控檢偏器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 光波導(dǎo)功能器件是集成光子系統(tǒng)中的單元器件，因其結(jié)構(gòu)緊湊、易于集成、性能穩(wěn) 定等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注和重視，且近年來(lái)發(fā)展十分迅速。光波導(dǎo) 功能器件可通過采用不同方式進(jìn)行系統(tǒng)集成，從而實(shí)現(xiàn)具有相應(yīng)光信息處理功能的集成光 子系統(tǒng)，它們?cè)诠馔ㄐ?、光信?hào)處理、傳感等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
[0003] 波導(dǎo)型偏振功能器件是集成光子系統(tǒng)中不可或缺的核心元器件，具體包括檢偏 器、偏振分離器和偏振旋轉(zhuǎn)器。在集成光子系統(tǒng)中，通常由于存在偏振模式色散、偏振相關(guān) 損耗、偏振相關(guān)增益等諸多偏振效應(yīng)，易導(dǎo)致信號(hào)的波動(dòng)、幅度噪聲和波形失真等問題，這 將嚴(yán)重限制光通信和光信號(hào)處理質(zhì)量，因而需設(shè)計(jì)和制作偏振功能器件來(lái)改善集成光子系 統(tǒng)性能。目前，國(guó)內(nèi)外研究人員已提出了各種不同實(shí)現(xiàn)方案，但是這些具有不同結(jié)構(gòu)和工作 原理的波導(dǎo)型偏振功能器件，通常屬于"靜態(tài)"型傳統(tǒng)元器件，其偏振輸出不能在線動(dòng)態(tài)調(diào) 控，這不僅使其應(yīng)用領(lǐng)域和范圍受到較大限制，而且在器件設(shè)計(jì)和制作過程中與其它光子 器件集成時(shí)也將產(chǎn)生新的諸多問題。
[0004] 近年來(lái)，可調(diào)控偏振功能器件的研究開始引起了人們的極大興趣。設(shè)計(jì)和制作可 調(diào)控偏振功能器件，這不僅能解決光子系統(tǒng)中不同功能器件的偏振效應(yīng)問題，同時(shí)還可解 決因制作工藝誤差所引起的器件性能降低的問題;其次，可調(diào)控偏振功能器件還可用于對(duì) 集成光子系統(tǒng)在不同狀態(tài)下的不同偏振光的傳輸損耗進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)；另外，在偏振復(fù)用通 信技術(shù)和偏振光時(shí)域反射技術(shù)中，需要可調(diào)控偏振功能器件對(duì)其偏振進(jìn)行在線調(diào)控;最后， 在量子通信中對(duì)量子信息進(jìn)行編碼和解碼過程中需要可調(diào)控偏振功能器件來(lái)完成，其器件 性能將直接影響通信速率和誤碼率。目前，有關(guān)可調(diào)控偏振功能器件的實(shí)現(xiàn)方案多種，但這 些器件主要適用于自由空間光傳輸和光纖系統(tǒng)中的偏振調(diào)控，而真正能用于集成光子系統(tǒng) 的偏振調(diào)控的報(bào)道則較少。這些器件在調(diào)控性能、制作難度、波長(zhǎng)依賴性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性等某 一或多個(gè)方面存在較大缺點(diǎn)，離實(shí)際應(yīng)用還有較大距離。
[0005] 波導(dǎo)型可調(diào)控檢偏器是利用電光或熱光等效應(yīng)，對(duì)集成光學(xué)系統(tǒng)中的特定偏振態(tài) (即TE或TM)光信號(hào)的傳輸進(jìn)行有效調(diào)控，使其獲得特定偏振光輸出。例如，當(dāng)TE和TM光信號(hào) 同時(shí)輸入到波導(dǎo)型檢偏器時(shí)，波導(dǎo)型檢偏器僅使TE光信號(hào)輸出，而TM光信號(hào)被衰減掉，則稱 為TE波檢偏；改變調(diào)控信號(hào)，波導(dǎo)型檢偏器僅使TM光信號(hào)輸出，而TE光信號(hào)被衰減掉，則稱 為TM波檢偏。這種器件在系統(tǒng)中的作用至為重要，但目前還未見有關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種波導(dǎo)型可調(diào)控檢偏器，該波導(dǎo)型可調(diào)控檢偏器采用脊型 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在調(diào)控區(qū)域采用具有大雙折射率差的液晶材料作為上包層，在調(diào)控區(qū)的上、下調(diào) 控電極分別位于上下包層的上下方;該波導(dǎo)型可調(diào)控檢偏器利用電光效應(yīng)，改變調(diào)控區(qū)域 的折射率，使其不同偏振態(tài)的光信號(hào)的傳輸損耗發(fā)生不同改變，從而實(shí)現(xiàn)特定偏振光輸出 的調(diào)控。該器件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于設(shè)計(jì)和制作、波長(zhǎng)依賴性低、調(diào)控簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明技術(shù)方案如下： 一種波導(dǎo)型可調(diào)控檢偏器，如圖1、2、3所示，其中圖1為器件俯視圖，圖2和圖3分別為波 導(dǎo)在AA'BB'位置處的橫截面圖。波導(dǎo)由輸入波導(dǎo)1、調(diào)控波導(dǎo)2和輸出波導(dǎo)3構(gòu)成，三者成一 直線。輸入波導(dǎo)1和輸出波導(dǎo)3是由下包層材料4、芯層材料5和上包層材料6構(gòu)成的一個(gè)脊型 直波導(dǎo)結(jié)構(gòu);而調(diào)控波導(dǎo)2由下包層材料4、芯層材料5和上包層材料7構(gòu)成的一個(gè)脊型直波 導(dǎo)結(jié)構(gòu)，上包層材料7為液晶材料;在調(diào)控區(qū)，其調(diào)控上電極8和下電極9分別位于上、下包層 的上、下方;所述液晶材料的晶軸初始方向平行于水平平面，且與直波導(dǎo)垂直。
[0008] 當(dāng)上、下金屬電極之間不施加控制電壓時(shí)，液晶材料的晶軸取向?yàn)槌跏挤较?；?dāng) 上、下金屬電極之間施加飽和控制電壓Uo時(shí)，液晶材料的晶軸取向變?yōu)榕c初始方向相垂直。 通過錐形光纖耦合，光信號(hào)由左端耦合進(jìn)波導(dǎo)中沿著波導(dǎo)向前傳輸。當(dāng)上下金屬電極之間 不施加控制電壓時(shí)，TE波偏振光在調(diào)控區(qū)因泄漏大而損耗掉，故沒有輸出；而TM波偏振光在 調(diào)控區(qū)波導(dǎo)內(nèi)傳輸時(shí)其損耗很小，將繼續(xù)向前傳播，從右端輸出，實(shí)現(xiàn)了TM波偏振光的檢 偏。當(dāng)上下金屬電極之間施加控制電壓時(shí)，液晶材料的晶軸取向變?yōu)樨Q直方向，這時(shí)TM波偏 振光在調(diào)控區(qū)因泄漏損耗大而沒有輸出；而TE波偏振光在調(diào)控區(qū)因損耗很小而將從波導(dǎo)右 端輸出，實(shí)現(xiàn)了TE波偏振光的檢偏。
[0009] 本發(fā)明提供的波導(dǎo)型可調(diào)控檢偏器均由有機(jī)聚合物材料構(gòu)成，器件為脊型直波導(dǎo) 型結(jié)構(gòu)，采用光學(xué)光刻方法可容易制作，與傳統(tǒng)光波導(dǎo)制作工藝兼容，這里不再詳細(xì)介紹其 制作過程。而對(duì)于調(diào)控區(qū)的液晶部分，則與傳統(tǒng)液晶器件制作工藝類似。
[0010]本發(fā)明的工作原理是： 本發(fā)明提供的波導(dǎo)型可調(diào)控檢偏器的波導(dǎo)橫切面如圖2和3所示，設(shè)下包層材料4折射 率為、芯層材料5折射率為》2，上包層材料6折射率為^，包層和芯層材料均為有機(jī)聚合物 材料。其波導(dǎo)芯層厚度、脊高以及寬度分別為沒、/2以及~而在調(diào)控區(qū)的上包層材料7為液晶， 其尋常光和非常光所對(duì)應(yīng)的折射率分別為％和5。調(diào)控區(qū)的控制電極為微帶結(jié)構(gòu)，包括上電 極和下電極。
[0011] 當(dāng)控制電極上沒有施加電壓時(shí)，連接波導(dǎo)的芯層液晶材料的晶軸取向不發(fā)生改 變，即沿水平方向。這時(shí)TE波和TM波所對(duì)應(yīng)的折射率分別為巧和巧，其TE波光信號(hào)因光波導(dǎo) 模場(chǎng)約束條件失效而導(dǎo)致TE波光信號(hào)在調(diào)控區(qū)傳輸過程中急劇衰減，在直波導(dǎo)3的輸出端 口將沒有TE波光信號(hào)輸出；而TM波光信號(hào)在調(diào)控區(qū)區(qū)波導(dǎo)內(nèi)正常傳輸，然后經(jīng)直波導(dǎo)3輸 出，從而實(shí)現(xiàn)TM波檢偏。當(dāng)控制電極上施加控制電壓U Q時(shí)，連接波導(dǎo)的芯層液晶材料的晶軸 取向?qū)l(fā)生改變，即沿豎直方向。這時(shí)TE波和TM波所對(duì)應(yīng)的折射率也將隨之改變，即分別為 %和&，其TE波光信號(hào)則在調(diào)控區(qū)區(qū)波導(dǎo)內(nèi)正常傳輸，然后經(jīng)直波導(dǎo)3輸出；而TM波光信號(hào)因 在調(diào)控區(qū)泄漏損耗