一种阵列波导光栅实现均匀偏振补偿的方法

摘要

本发明公开了一种阵列波导光栅实现均匀偏振补偿的方法。该光程差由阵列波导区和平板波导区的光程差共同决定，采用对阵列波导区中的两种偏振态使用不同的衍射级次并结合平板波导区的几何双折射性质来补偿阵列波导区的几何双折射性质。平板波导区与阵列波导区的几何形状由所选波导材料、波导结构和对各通道波长的偏振色散要求共同决定。本发明实现了对阵列波导光栅各输出通道波长的均匀偏振色散补偿，解决偏振色散补偿方法不能实现的均匀偏振色散补偿和造成的器件性能变差，结构复杂等问题，该方法适用于具有双折射的各种波导材料和各种波导结构的阵列波导光栅，特别适用于具有较大几何双折射的硅纳米线阵列波导光栅，具有制作简单、成本低等优点。

主权项

一种阵列波导光栅实现均匀偏振补偿的方法，光从输入波导(1)依次通过输入平板波导区(2)、阵列波导区(3)和输出平板波导区(4)传播至输出波导(5)时经过阵列波导区(3)中相邻两波导所对应的总光程差由输入平板波导区(2)、阵列波导区(3)和输出平板区(4)中的光程差共同决定；其特征在于：输入平板波导区(2)、阵列波导区(3)和输出平板波导区(4)的各自的两偏振态模式之间均存在双折射差异；阵列波导区(3)中的两种偏振态使用不同衍射级次后，余下的偏振波长漂移由输入平板波导区(2)和输出平板波导区(4)共同补偿，即TE和TM模分别满足的衍射方程为nse(λ)ΔL0+nse(λ)ΔL+nae(λ)ΔLa=(m+i)λe和nsm(λ)ΔL0+nsm(λ)ΔL+nam(λ)ΔLAa=mλm，其中nse(λ)表示横电模TE在输入平板波导区(2)和输出平板波导区(4)的有效折射率且随波长而变化，nae(λ)表示横电模TE在阵列波导区(3)中的有效折射率且随波长而变化，nsm(λ)表示横磁模TM在输入平板波导区(2)和输出平板波导区(4)的有效折射率且随波长而变化，nam(λ)表示横磁模TM在阵列波导区(3)中的有效折射率且随波长而变化；m为TM模的衍射级次且是大于零的正整数，(m+i)表示TE模的衍射级次且i是非零的整数，ΔL0、ΔLa和ΔL分别是经过阵列波导区(3)中相邻阵列波导的光路在输入平板波导区(2)、阵列波导区(3)和输出平板波导区(4)中的长度差；输入平板波导区(2)和输出平板波导区(4)的波导上包层材料的选取由阵列波导区(3)中的波导材料、波导结构和设计中对偏振色散补偿的要求共同决定；输入平板波导区(2)、输出平板波导区(4)和阵列波导区(3)的几何形状由阵列波导区(3)中的波导材料、波导结构和设计中对偏振色散补偿的要求共同决定，即对于所设计波长范围内的中心波长λ0，有ΔL=ΔL0，中心波长偏振不敏感的条件为λe=λm=λ0，则平板波导区和阵列波导区中的长度差ΔL0和ΔLa之间的关系表示为 ΔL 0 ΔL a = ( 1 + i m ) n am ( λ 0 ) - n ae ( λ 0 ) 2 n se ( λ 0 ) - 2 ( 1 + i m ) n sm ( λ 0 ) 从上式可以看出，一旦确定了m和i，输入平板波导区(2)、输出平板波导区(4)和阵列波导区(3)的几何形状也将被确定；从而达到对阵列波导光栅各输出通道波长的均匀偏振色散补偿要求。