基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及偏振轉(zhuǎn)換器，具體涉及基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]偏振轉(zhuǎn)換器是光通信中偏振復(fù)用的一個(gè)重要器件，目前使用的偏振轉(zhuǎn)換器可歸納為兩種，第一種是采用截面為L型或類似形狀的波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)TM。模與TE。模的直接轉(zhuǎn)換，第二種采用倒T型波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)TM。模與TE i模之間的轉(zhuǎn)換，再利用非對(duì)稱馬赫曾德爾干涉儀(MZI)或者定向耦合器將TE1模轉(zhuǎn)換為TE。模。目前存在的問題是:
[0003]1、制作L型波導(dǎo)對(duì)對(duì)準(zhǔn)加工精度有很高的要求，因此這種器件容差較小，不能保證成品率；
[0004]2、對(duì)于倒T型波導(dǎo)后面連接非對(duì)稱MZI，由于器件個(gè)數(shù)較多，難免給設(shè)計(jì)增加難度，同時(shí)多器件連接會(huì)引入額外的插損并使帶寬減?。粚?duì)于倒T型波導(dǎo)后面連接定向耦合器，由于定向耦合器對(duì)兩根波導(dǎo)間的帶隙比較敏感，所以對(duì)加工精度也有較高要求，成品率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的偏振轉(zhuǎn)換器存在對(duì)加工精度要求高、設(shè)計(jì)難度大及成品率低的問題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器，包括呈雙層梯形排列的脊波導(dǎo)、slab波導(dǎo)和呈非對(duì)稱梯形設(shè)置的條波導(dǎo)，所述脊波導(dǎo)設(shè)置在所述slab波導(dǎo)的上端且與所述slab波導(dǎo)的兩端對(duì)齊，所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)的右端連接所述條波導(dǎo)，
[0007]TM。模自所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)的左端形成的入射口入射，經(jīng)過所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)轉(zhuǎn)化為TEi模，所述TE:模從所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)的右端形成的出射口射出并輸入到所述條波導(dǎo)，所述TEi模通過所述條波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為TE。模輸出；
[0008]反之，所述TE。模自所述條波導(dǎo)的右端形成的入射口射入，經(jīng)過所述條波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為TE1模，所述TE i模從所述條波導(dǎo)的左端形成的出射口射出并輸入到所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)，所述TEi模通過所述脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化成TM。模輸出。
[0009]在上述方案中，所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)的右端形成的出射口與所述條波導(dǎo)之間設(shè)有過渡段波導(dǎo)，所述slab波導(dǎo)包括自左端向右端寬度尺寸逐漸增大的梯形區(qū)和連接所述梯形區(qū)與所述過度段波導(dǎo)的連接區(qū)。
[0010]在上述方案中，所述連接區(qū)為方形或者梯形。
[0011]在上述方案中，所述脊波導(dǎo)包括第一脊波導(dǎo)和第二脊波導(dǎo)，所述第一脊波導(dǎo)的右端與所述第二脊波導(dǎo)的左端匹配連接，所述第一脊波導(dǎo)的左端與所述梯形區(qū)的左端連接且寬度相等，所述第二脊波導(dǎo)的右端與所述方形區(qū)的右端連接且寬度相等。
[0012]在上述方案中，所述第二脊波導(dǎo)的右端寬度尺寸大于其左端的寬度尺寸。
[0013]在上述方案中，所述條波導(dǎo)包括依次連接的第一條波導(dǎo)、第二條波導(dǎo)、第三條波導(dǎo)、第四條波導(dǎo)、第五條波導(dǎo)和第六條波導(dǎo)，所述第一條波導(dǎo)、第二條波導(dǎo)和所述第三條波導(dǎo)的整體寬度尺寸逐漸增加，所述第四條波導(dǎo)、第五條波導(dǎo)和所述第六條波導(dǎo)的整體寬度尺寸逐漸減小。
[0014]在上述方案中，所述slab波導(dǎo)的高度為H1，所述脊波導(dǎo)的高度為H2，所述條波導(dǎo)的高度為H，其中= 。
[0015]本發(fā)明，采用呈雙層梯形設(shè)置的脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)TM。與TE i模式之間的高效率轉(zhuǎn)換，再采用呈非對(duì)稱梯形設(shè)置的條波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)TE1與TE。模式之間的高效率轉(zhuǎn)換，最終實(shí)現(xiàn)TM。與TE。偏振態(tài)之間的高效率轉(zhuǎn)換，工藝復(fù)雜度低容差大，成品率高。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的俯視圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)的說明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器，包括呈雙層梯形排列的脊波導(dǎo)、slab波導(dǎo)3和呈非對(duì)稱梯形設(shè)置的條波導(dǎo)，脊波導(dǎo)設(shè)置在slab波導(dǎo)3的上端且與slab波導(dǎo)3的兩端對(duì)齊，TM。模從脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)3的左端形成的入射口入射，經(jīng)過脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)3，在波導(dǎo)中某處TM。模和TE i模具有相同的折射率，從而實(shí)現(xiàn)相位匹配，TM。模轉(zhuǎn)化為TE i模，TE灌再從脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)3的右端形成的出射口射出，進(jìn)入條波導(dǎo)。
[0020]出射口與條波導(dǎo)之間設(shè)有過渡段波導(dǎo)4，TE1模在過渡段波導(dǎo)4內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定處理，slab波導(dǎo)3包括自左端向右端寬度尺寸逐漸增大的梯形區(qū)31和連接梯形區(qū)31與過度段波導(dǎo)4的連接區(qū)32，連接區(qū)32可以是不同的形狀，優(yōu)選方形或者梯形。
[0021]脊波導(dǎo)包括第一脊波導(dǎo)1和第二脊波導(dǎo)2，第一脊波導(dǎo)1的右端與第二脊波導(dǎo)2的左端匹配連接，在連接處兩者寬度相等。第一脊波導(dǎo)1和第二脊波導(dǎo)2的交界處與梯形區(qū)31和連接區(qū)32的交界處可以重合，也可以不重合，第一脊波導(dǎo)1的左端與梯形區(qū)31的左端連接且寬度相等，第二脊波導(dǎo)2的右端與連接區(qū)32的右端連接且寬度相等。優(yōu)選的，第一脊波導(dǎo)1的左端寬度尺寸與右端的寬度尺寸可以相同或者不同，本發(fā)明中，優(yōu)選的，第二脊波導(dǎo)2的右端寬度尺寸大于其左端的寬度尺寸，因此，第二脊波導(dǎo)2也為左端窄右端寬的梯形結(jié)構(gòu)。
[0022]結(jié)合圖1和圖2，TE1模在過渡段波導(dǎo)4內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定處理，經(jīng)穩(wěn)定處理后進(jìn)入條波導(dǎo)。條波導(dǎo)包括依次連接的第一條波導(dǎo)5、第二條波導(dǎo)6、第三條波導(dǎo)7、第四條波導(dǎo)8、第五條波導(dǎo)9和第六條波導(dǎo)10。第一條波導(dǎo)5的左端與過渡段波導(dǎo)4的右端連接，連接處寬度相等；第二條波導(dǎo)6的左端與第一條波導(dǎo)5的右端連接，連接處寬度相等；第三條波導(dǎo)7的左端與第二條波導(dǎo)6的右端連接，連接處寬度相等；第四條波導(dǎo)8的左端與第三條波導(dǎo)7的右端連接，連接處寬度相等；第五條波導(dǎo)9的左端與第四條波導(dǎo)8的右端連接，連接處寬度相等；第六條波導(dǎo)10的左端與第五條波導(dǎo)9的右端連接，連接處寬度相等。第一條波導(dǎo)5、第二條波導(dǎo)6和第三條波導(dǎo)7的整體寬度尺寸逐漸增加，第四條波導(dǎo)8、第五條波導(dǎo)9和第六條波導(dǎo)10的整體寬度尺寸逐漸減小。
[0023]本發(fā)明，slab波導(dǎo)3的高度為氏，脊波導(dǎo)的高度為H2，條波導(dǎo)的高度為H，其中Η=氏+比，因此，從側(cè)面看脊波導(dǎo)的上表面與條波導(dǎo)的上表面平行。
[0024]從第二脊波導(dǎo)2和連接區(qū)32的右端形成的出射口射出后的TEi模輸入過渡段波導(dǎo)4內(nèi)，經(jīng)過穩(wěn)定后入射到條波導(dǎo)，依次經(jīng)過第一條波導(dǎo)5、第二條波導(dǎo)6、第三條波導(dǎo)7、第四條波導(dǎo)8、第五條波導(dǎo)9和第六條波導(dǎo)10后，TEi模在各處波前經(jīng)歷不同路程，最終波前在出射口達(dá)到相位一致，TE1模轉(zhuǎn)化為TE。模，并從第六條波導(dǎo)10的右端輸出，完成TM。與TE。偏振態(tài)之間的高效率轉(zhuǎn)換。
[0025]反之，如果TE。模自條波導(dǎo)的右端形成的入射口射入，依次經(jīng)過第六條波導(dǎo)10、第五條波導(dǎo)9、第四條波導(dǎo)8、第三條波導(dǎo)7、第二條波導(dǎo)6和第一條波導(dǎo)5后，TE。模在各處波前經(jīng)歷不同路程，最終在出射口達(dá)到TEi模模場的相位分布，TE。模轉(zhuǎn)化為TE 4莫，并從第一條波導(dǎo)5的左端輸出，TEi模進(jìn)入過渡段波導(dǎo)4內(nèi)，經(jīng)過穩(wěn)定后入射到脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)3內(nèi)，在波導(dǎo)中某處TEi模和TM。模具有相同的折射率，從而實(shí)現(xiàn)相位匹配，TE i模通過脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)3后轉(zhuǎn)化成TM。模輸出。
[0026]本發(fā)明，采用呈雙層梯形設(shè)置的脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)TM。與TE i模式之間的高效率轉(zhuǎn)換，再采用呈非對(duì)稱梯形設(shè)置的條波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)TE1與TE。模式之間的高效率轉(zhuǎn)換，最終實(shí)現(xiàn)TM。與TE。偏振態(tài)之間的高效率轉(zhuǎn)換，工藝復(fù)雜度低容差大，成品率高。
[0027]本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括呈雙層梯形排列的脊波導(dǎo)、slab波導(dǎo)和呈非對(duì)稱梯形設(shè)置的條波導(dǎo)，所述脊波導(dǎo)設(shè)置在所述slab波導(dǎo)的上端且與所述slab波導(dǎo)的兩端對(duì)齊，所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)的右端連接所述條波導(dǎo)， TM。模自所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)的左端形成的入射口入射，經(jīng)過所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)轉(zhuǎn)化為TEi模，所述TE:模從所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)的右端形成的出射口射出并輸入到所述條波導(dǎo)，所述TEi模通過所述條波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為TE。模輸出； 反之，所述TE。模自所述條波導(dǎo)的右端形成的入射口射入，經(jīng)過所述條波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為TE1模，所述TEi模從所述條波導(dǎo)的左端形成的出射口射出并輸入到所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)，所述TEi模通過所述脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化成TM。模輸出。2.如權(quán)利要求1所述的基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述脊波導(dǎo)和所述slab波導(dǎo)的右端形成的出射口與所述條波導(dǎo)之間設(shè)有過渡段波導(dǎo)，所述slab波導(dǎo)包括自左端向右端寬度尺寸逐漸增大的梯形區(qū)和連接所述梯形區(qū)與所述過渡段波導(dǎo)的連接區(qū)。3.如權(quán)利要求2所述的基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述連接區(qū)為方形或者梯形。4.如權(quán)利要求2所述的基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述脊波導(dǎo)包括第一脊波導(dǎo)和第二脊波導(dǎo)，所述第一脊波導(dǎo)的右端與所述第二脊波導(dǎo)的左端匹配連接，所述第一脊波導(dǎo)的左端與所述梯形區(qū)的左端連接且寬度相等，所述第二脊波導(dǎo)的右端與所述方形區(qū)的右端連接且寬度相等。5.如權(quán)利要求4所述的基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第二脊波導(dǎo)的右端寬度尺寸大于其左端的寬度尺寸。6.如權(quán)利要求1所述的基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述條波導(dǎo)包括依次連接的第一條波導(dǎo)、第二條波導(dǎo)、第三條波導(dǎo)、第四條波導(dǎo)、第五條波導(dǎo)和第六條波導(dǎo)，所述第一條波導(dǎo)、第二條波導(dǎo)和所述第三條波導(dǎo)的整體寬度尺寸逐漸增加，所述第四條波導(dǎo)、第五條波導(dǎo)和所述第六條波導(dǎo)的整體寬度尺寸逐漸減小。7.如權(quán)利要求1所述的基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述slab波導(dǎo)的高度為H1，所述脊波導(dǎo)的高度為H2，所述條波導(dǎo)的高度為H，其中Η =氏+4。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于梯形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的偏振轉(zhuǎn)換器，包括呈雙層梯形排列的脊波導(dǎo)、slab波導(dǎo)和呈非對(duì)稱梯形設(shè)置的條波導(dǎo)，脊波導(dǎo)設(shè)置在slab波導(dǎo)上端面且與slab波導(dǎo)的兩端對(duì)齊，脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)的右端連接條波導(dǎo)，TM0模自脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)的左端入射，經(jīng)過脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)轉(zhuǎn)化為TE1模，TE1模輸入到條波導(dǎo)，通過條波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為TE0模輸出；反之，TE0模自條波導(dǎo)的右端射入，經(jīng)過條波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為TE1模，TE1模輸入到脊波導(dǎo)和slab波導(dǎo)，轉(zhuǎn)化成TM0模輸出。本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)TM0與TE0偏振態(tài)之間的高效率轉(zhuǎn)換，工藝復(fù)雜度低容差大，成品率高。
【IPC分類】G02B6/27
【公開號(hào)】CN105353470
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510906817
【發(fā)明人】陳代高, 肖希, 王磊, 邱英, 李淼峰, 劉磊, 楊奇, 余少華
【申請(qǐng)人】武漢郵電科學(xué)研究院
【公開日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月9日