1 西安市微波光子与光通信重点实验室，陕西 西安 710121
2 西安邮电大学，电子工程学院，陕西 西安 710121
提出了一种基于模式演变原理的紧凑型偏振分束旋转器（Polarization Splitter Rotator，PSR）。该器件由锥型TM0-TE1模式转换器与非对称定向耦合（Asymmetric Directional Coupler，ADC）结构的模式分束器组成，经粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）和样条插值原理优化后的器件总长度仅为45 μm。利用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain method，FDTD）对器件进行仿真，数值结果表明：输入TE0模式时，在100 nm（1500~1600 nm）带宽内具有低插入损耗（＜0.007 dB）、低串扰（＜-28.7 dB）、高偏振消光比（＞49.1 dB）；输入TM0模式时，在整个C波段内具有低插入损耗（＜0.34 dB），低串扰（＜-47.1 dB），高偏振消光比（＞15.5 dB），且在中心波长1550 nm处插入损耗值仅为0.06 dB。此外，对器件的公差进行了分析，结果表明该器件具有良好的鲁棒性。所设计的PSR具备低损耗、小尺寸以及低串扰特性，在未来大规模光子集成领域具有重要应用价值。
偏振分束旋转器 粒子群算法 时域有限差分法 polarization splitter rotator particle swarm optimization finite difference time domain 
Author Affiliations
Abstract
1 Center for Information Photonics and Communications, School of Information Science and Technology, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China
2 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
High-performance ultra-compact polarization splitter-rotators (PSRs) are designed and experimentally demonstrated, using dual etching and a tapered asymmetrical directional coupler. First, two novel PSRs are designed with nanowire and subwavelength grating cross-port waveguides and verified in simulations. Then, one of the two PSRs is fabricated. Experiment results reveal that the extinction ratio is higher than 28 dB or 32 dB at 1550 nm for the launched fundamental transverse magnetic or the transverse electric modes, while the corresponding insertion loss and polarization conversion loss are 0.33 dB and 0.18 dB, respectively.
polarization splitter and rotator silicon photonics asymmetrical directional coupler dual etching Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 121301
State Key Lab of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Department of Electronic Engineering,Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
Frontiers of Optoelectronics
2018, 11(1): 0177
1 天津理工大学 电气电子工程学院 通信器件与技术教育部工程研究中心, 天津 300384
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 太赫兹中心 光电信息科学技术教育部重点实验室, 天津 300072
提出了一种基于金线填充的双芯光子晶体光纤超短偏振分束器, 并进行了有限元分析.金线表面激发的表面等离子激元与双芯光子晶体光纤纤芯模之间的强烈耦合, 导致更短的偏振分束器长度和更大的工作带宽.与同类的偏振分束器相比, 所提出的偏振分束器能同时实现较短的长度和较高的消光比.数值结果表明, 长度为 0.263 mm 的偏振分束器, 在波长 1.55 μm 处消光比达 -70 dB, -20 dB 消光比带宽为 124 nm.
双芯光子晶体光纤 金线 表面等离子极化 偏振分束器 消光比 Dual-core photonic crystal fiber Gold wire Surface plasmon polaritons (SPPs) Polarization splitter Extinction ratio
北京交通大学 电子信息工程学院, 北京 100044
提出了一种金属修饰的微结构光纤偏振分束器,并且利用全矢量有限元法仿真分析了该偏振分束器的长度与其结构参数的关系, 进而得出了该偏振分束器长度随孔间距、占空比变化的一般规律。研究结果表明: 当其他结构参数一定时, 该偏振分束器长度会随着孔间距的减小而减短; 占空比减小, 偏振分束器长度也会随之减短。最终综合考虑其性能与金属材料带来的损耗的影响, 设计出一种结构简单的微结构光纤偏振分束器。该偏振分束器长度为3.523 mm, 在其工作波长1.55 μm处消光比高达74.9 dB, 消光比高于20 dB的波长范围为1.53~1.57 μm之间的40 nm范围, 覆盖了整个光通信的C波段范围。并且该偏振分束器有着较好的冗余特性, 在偏振分束器长度存在±5%的误差时, 仍能保持较好的性能。
微结构光纤 金属 偏振分束器 microstructure fiber metal polarization splitter 红外与激光工程
2017, 46(5): 0522001
针对太赫兹波的特点, 利用折射率匹配耦合原理, 设计了一种垂直双空芯结构的偏振分离器件。与传统的分离器件相比, 它具有以下优点: (1) 双芯折射率匹配度高, 使得对应的偏振模式所需要的分离长度很短; (2) 采用双空气纤芯结构, 降低材料对太赫兹波的吸收损耗; (3) 通过设计, 令其发生耦合的两个纤芯相互垂直, 从而使y偏振模的折射率曲线部分重合, 大大扩展了工作带宽的范围, 其工作带宽达到了0.17 THz。此外, 由于器件结构简单对称, 降低了光纤的设计和制备难度, 使其在太赫兹网络中具有很高的应用价值。
偏振分离器 折射率匹配 太赫兹 垂直双空芯 polarization splitter index matching terahertz orthogonal dual hollow core 红外与激光工程
2016, 45(12): 1225005
1 燕山大学 信息科学与工程学院 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学 电气工程学院，河北 秦皇岛 066004
设计分析了一种基于碲酸盐玻璃的全固态三芯光子晶体光纤偏振分束器.利用三芯光纤中存在的谐振耦合现象，调整光纤结构参量，使某一偏振光无限接近谐振耦合条件产生强耦合，而另一偏振光因远离谐振耦合而耦合程度较弱，实现不同偏振光的分离.该偏振分束器长度短、超宽带、消光比高.在波长1 550 nm处，偏振分束器长度仅为1.14 mm，消光比高达－101.27 dB；消光比小于－20 dB的带宽达到100 nm；消光比小于－10 dB的带宽覆盖了E+S+C+L+U波段，高达350 nm.此全固光子晶体光纤偏振分束器不仅性能优越，结构简单，且全固态的设计结构可有效避免光纤拉制过程中的空气孔坍塌，为设计更优性能的偏振分束器提供了思路.
光纤光学 三芯光子晶体光纤 全固偏振分束器 全固光纤 碲酸盐玻璃 Fiber optics Three-core photonic crystal fibers All-solid polarization splitter All-solid fibers Tellurite glass 光子学报
2016, 45(10): 1023002
哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
提出了一种基于双芯光子晶体光纤(PCF)的具有短长度和超高消光比的偏振分束器，利用全矢量有限元法(FEM)对双芯PCF的耦合特性和偏振分束器的性能进行了数值研究。研究结果表明：增大纤芯间椭圆孔椭圆率、适当提高掺杂折射率可显著降低双芯PCF的耦合长度；基于该双芯PCF设计的偏振分束器在1.55 μm 波长处，长度为0.58 mm时，可以实现x，y 偏振态的分离,消光比达到82.33 dB，消光比高于20 dB的带宽为70 nm，高于10 dB的带宽达到110 nm，覆盖了C+L波段。这为设计具有短长度、高消光比、宽带特性的PCF偏振分束器提供了一种新的结构。
光纤光学 双芯光子晶体光纤 偏振分束器 全矢量有限元法 超高消光比
东南大学 光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心, 江苏 南京 210096
提出了一种基于硅基槽波导的级联多模干涉(MMI)耦合器型偏振分束器,由锥形及矩形结构MMI耦合器构成.级联结构使器件长度无需为两偏振模自镜像长度的公倍数,不仅能有效减小器件尺寸,而且提高设计灵活性.同时,利用槽波导的高双折射特性及MMI耦合器的锥形结构,可进一步缩短器件尺寸.分析结果表明,所提器件能够有效实现偏振束分离,两级MMI工作区总长度仅为42 μm,准TE与准TM模的偏振消光比分别为29.8和31.4 dB,1.55 μm波长下的插入损耗分别为0.395和0.699 dB,偏振消光比大于20 dB时光带宽为43 nm,覆盖整个C波段.最后,详细分析了器件关键参数的制造误差对器件性能的影响.
光学 偏振分束器 槽波导 多模干涉耦合器 optics polarization splitter slot waveguide multimode interference coupler
为了设计一种基于铌酸锂光子线的极化分裂器,采用基于有限元法的电磁仿真软件,对该器件进行了优化和仿真分析,得到了结构尺寸紧凑的设计结果.同时考虑到常规工艺误差的影响,分析了波导宽度变化对器件的透射率的影响.结果表明,极化分裂器的带宽、能量透过率与波导耦合长度有着紧密的联系.
集成光学 极化分裂器 铌酸锂光子线 带宽 integrated optics polarization splitter lithium niobate photonic wire bandwidth
