基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器

摘要

本发明公开一种基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，包括呈双层排列宽度变化的脊波导和slab波导、呈宽度变化的条波导，脊波导设置在slab波导上端面且与slab波导的两端对齐，脊波导和slab波导的右端连接呈宽度变化的条波导。TM0模自脊波导和slab波导的左端入射，通过宽度变化的条波导对输入高阶模式波前的相位调整最后转化为TE0模输出；反之，TE0模自宽度变化的条波导的右端射入，经过宽度变化条波导后转化为高阶TE模，高阶TE模输入到脊波导和slab波导，转化成TM0模输出。本发明，实现TM0与TE0偏振态之间的高效率转换，工艺复杂度低容差大，成品率高。

说明书

技术领域

本发明涉及偏振转换器，具体涉及基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器。

背景技术

偏振转换器是光通信中偏振复用的一个重要器件，目前使用的偏振转换器可归纳为两种，第一种是采用截面为L型或类似形状的波导，实现TM₀模与TE₀模的直接转换，第二种采用倒T型波导，实现TM₀模与TE₁模之间的转换，再利用非对称马赫曾德尔干涉仪（MZI）或者定向耦合器将TE₁模转换为TE₀模。目前存在的问题是：

1、制作直接实现TM₀模与TE₀模的转换的L型波导对对准加工精度有很高的要求，因此这种器件容差较小，不能保证成品率；

2、对于倒T型波导后面连接非对称MZI，由于器件个数较多，难免给设计增加难度，同时多器件连接会引入额外的插损并使带宽减小；对于倒T型波导后面连接定向耦合器，由于定向耦合器对两根波导间的带隙比较敏感，所以对加工精度也有较高要求，成品率较低。

有鉴于此，有必要提供一种基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是：为了解决的现有的偏振转换器存在对加工精度要求高、设计难度大及成品率低的问题，本发明提供一种基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，其特征在于，对于以高阶偶数阶TE模为过渡模的偏振转换器，包括呈双层排列宽度非对称且宽度变化的脊波导和slab波导和呈宽度对称或非对称且宽度变化的条波导，所述脊波导设置在所述slab波导的上端且与所述slab波导的两端对齐；对于以高阶奇数阶TE模为过渡模的偏振转换器，包括呈双层排列宽度对称或非对称且宽度变化的脊波导和slab波导和呈宽度非对称且宽度变化的条波导，所述脊波导设置在所述slab波导的上端且与所述slab波导的两端对齐；

TM₀模自所述脊波导和所述slab波导的左端形成的入射口入射，经过所述脊波导和所述slab波导转化为高阶TE模，所述高阶TE模从所述脊波导和所述slab波导的右端形成的出射口射出并输入到所述条波导，所述高阶TE模通过所述条波导后转化为TE₀模输出；

反之，所述TE₀模自所述条波导右端的入射口射入，经过所述条波导后转化为高阶TE模，所述高阶TE模从所述条波导左端的出射口射出并输入到所述脊波导和所述slab波导，所述高阶TE模通过所述脊波导和所述slab波导后转化成TM₀模，并从所述脊波导和所述slab波导的左端形成的出射口输出。

如上所述的基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，其特征在于，对于以高阶偶数阶TE模为过渡模和以高阶奇数阶TE模为过渡模的振转换器对各个部分波导的对称性要求有所不同。

如上所述的基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，其特征在于，所述以高阶偶数阶TE模为过渡模的振转换器要求所述脊波导和所述slab波导必须为宽度非对称波导，而所述条波导是宽度对称或非对称波导。

如上所述的基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，其特征在于，所述以高阶奇数阶TE模为过渡模的振转换器要求所述脊波导和所述slab波导是宽度对称或非对称波导，所述脊波导和所述slab波导同时宽度对称或同时宽度非对称，而所述条波导必须是宽度非对称波导。

如上所述的基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，其特征在于，对于以高阶偶数阶TE模为过渡模的振转换器，所述脊波导和所述slab波导均可由多段宽度变化率不同的非对称波导依次连接组合而成，或者是宽度平滑变化的独段非对称波导；所述脊波导和所述slab波导两端分别对齐，且两端宽度分别相等；所述脊波导的宽度在除左右两端口外的地方应该小于所述slab波导的宽度。

如上所述的基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，其特征在于，对于以高阶偶数阶TE模为过渡模的振转换器，所述条波导均可由多段宽度变化率不同的非对称波导依次连接组合而成，或者是宽度平滑变化的独段非对称波导。

如上所述的基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，其特征在于，对于以高阶奇数阶TE模为过渡模的振转换器，所述脊波导和所述slab波导均可由多段宽度变化率不同的对称或非对称波导依次连接组合而成，或者是宽度平滑变化的独段对称或非对称波导；所述脊波导和slab波导两端分别对齐，且两端宽度分别相等；所述脊波导的宽度在除左右两端口外的地方应该小于所述slab波导的宽度。

如上所述的基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，其特征在于，对于以高阶奇数阶TE模为过渡模的振转换器，所述条波导均可由多段宽度变化率不同的非对称波导依次连接组合而成，或者是宽度平滑变化的独段非对称波导。

如上所述的基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，其特征在于，所述slab波导的高度与所述脊波导的高度之和等于所述条波导的高度。

如上所述的基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，其特征在于，还包括过渡段波导，所述过渡段波导设置于所述脊波导、所述slab波导与所述条波导之间，所述过渡段波导为梯形波导或直波导，长度为0至任意长度。

本发明的有益效果是：本发明的基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器采用呈双层设置的脊波导和slab波导实现TM₀与TE₁模式之间的高效率转换，再采用呈对称或非对称宽度变化的条波导实现高阶TE与TE₀模式之间的高效率转换，最终实现TM₀与TE₀偏振态之间的高效率转换，工艺复杂度低容差大，成品率高。

附图说明

图1为本发明的俯视图，其中编号①、②、③三种结构可用于利用高阶偶数阶TE模做过渡模的偏振转换器，编号②、③、④三种结构可用于利用高阶奇数阶TE模做过渡模的偏振转换器。

图2为编号与图1对应的本发明的侧视图。

附图中的符号说明：1.脊波导，2.slab波导，3.过渡段波导，4.条波导。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

如图1所示，本发明提供了一种基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，其中以高阶偶数阶TE模做过渡模的偏振转换器包括呈双层排列的宽度非对称且宽度渐变的脊波导1、宽度非对称且宽度渐变的slab波导2和宽度对称或非对称且宽度变化的条波导4，以及连接脊波导1、slab波导2和条波导4的过渡段波导3，以高阶奇数阶TE模做过渡模的偏振转换器包括呈双层排列的宽度对称或非对称且宽度渐变的脊波导1、对称性与脊波导1相同且宽度渐变的slab波导2和宽度非对称且宽度变化的条波导4，以及连接脊波1、slab波导2和条波导4的过渡段波导3。所有结构中脊波导1设置在slab波导2的上端且与slab波导2的两端对齐，TM₀模从脊波导1和slab波导2的左端形成的入射口入射，经过脊波导1和slab波导2，在波导中某处TM₀模和高阶TE模的演化模几乎具有相同的模场分布而出现模式混合，模式混合促使两个演化模相互转化，从而最终使TM₀模转化为高阶TE模，高阶TE模再从脊波导1和slab波导2的右端形成的出射口射出，进入条波导4。出射口与条波导4之间设有过渡段波导3，高阶TE模在过渡段波导3内实现稳定处理。

脊波导1和slab波导2宽度逐渐变宽，且除了左端口和右端口处两个波导宽度相等外，其他各处slab波导2的宽度均大于脊波导1的宽度。脊波导1和slab波导2均可由多段梯形波导连接或独段波导宽度平滑变化构成。

高阶TE模在过渡段波导3内实现经稳定处理后进入条波导4。条波导4可由多段梯形波导连接或独段波导宽度平滑变化构成，宽度一般先变宽，最后缩窄到接近或等于单模波导的宽度。

结合图1和图2，本发明，脊波导1的高度与slab波导2的高度之和等于条波导4的高度，因此，从侧面看脊波导1的上表面与条波导4的上表面平行。

在条波导4内，高阶TE模在各处波前经历不同路程，最终波前在出射口达到相位一致，高阶TE模转化为TE₀模，从波导4右端口输出，完成TM₀与TE₀偏振态之间的高效率转换。

反之，如果TE₀模自条波导4的右端口射入，经过条波导4后，TE₀模在各处波前经历不同路程，最终波前在条波导4的左端口达到相应高阶TE模模场的相位分布，TE₀模转化为高阶TE模，并从条波导4的左端口输出，高阶TE模进入过渡段波导3内，经过稳定后入射到脊波导1和slab波导2内，在波导中某处高阶TE模和TM₀模的演化模几乎具有相同的模场分布而出现模式混合，模式混合促使两个演化模相互转化，从而最终使高阶TE模通过脊波导1和slab波导2后转化成TM₀模输出。

值得注意的是，所述过渡段波导3为非必要波导，可以为梯形波导或直波导，长度为0至任意长度。

本发明的基于以高阶TE模为过渡模式的偏振转换器，对于以高阶偶数阶TE模做过渡模的偏振转换器，采用呈双层排列宽度非对称且宽度变化的脊波导1和slab波导2实现TM₀模和高阶偶数阶TE模之间的转换，再采用呈宽度对称或非对称且宽度变化的条波导4实现高阶偶数阶TE模和TE₀之间的转换，最终实现TM₀与TE₀偏振态之间的高效率转换；对于以高阶奇数阶TE模做过渡模的偏振转换器，采用呈双层排列宽度对称或非对称且宽度变化的脊波导1和slab波导2实现TM₀模和高阶奇数阶TE模之间的转换，再采用呈宽度非对称且宽度变化的条波导4实现高阶奇数阶TE模和TE₀之间的转换，最终实现TM₀与TE₀偏振态之间的高效率转换。本发明工艺复杂度低容差大，成品率高。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。