发布时间:2024-03-23 阅读:364
偏振调控器件是光子集成电路中必不可少的一环,尤其是在铌酸锂薄膜(TFLN)上,其强烈的双折射效应决定了TFLN器件对于偏振的高敏感性。偏振分束旋转器(PSR)是TFLN上最为重要的偏振分集器件,因为它可以将光纤中的TM偏振能量旋转成TE偏振并分束输出。然而,目前被报道的所有关于TFLN片上PSR器件尽管在消光比、带宽等方面性能优越,然而其器件尺寸大小均都超过了400 µm,有的甚至到达了毫米量级,这不符合集成光子器件日趋小型化、高密度集成化的发展趋势,且由于其过长的器件尺寸,插入损耗不可避免的升高。
针对此问题,我们结合了绝热波导锥与定向耦合器结构,在TFLN上提出了一种紧凑的偏振旋转分束方案,器件仅需一步电子束曝光光刻辅助干法刻蚀工艺即可制备,器件有效长度仅仅240 µm,为目前报道中最短的PSR,TE与TM偏振插入损耗分别仅为0.91 dB与0.38 dB。相比于其他基于TFLN的片上PSR工作,我们的器件不仅大大缩短了长度,还保证了器件的高消光比,在1520-1570 nm波长范围内,TE与TM偏振消光比分别超过了26.6 dB与10.6 dB,在1544 nm波长处的PER同时超过了30 dB。此PSR器件不仅能够解决光子集成系统中偏振失配问题,还能够高效地应用于光子芯片上的偏振复用与偏振调控系统,将成为未来LNTF上光子集成回路中不可或缺的组成部分。
下图中,图1(a)(b)(c)分别为器件结构图、波导截面图与俯视图。图2为器件模拟分束效果图;图3(a)(b)分别为器件在光镜下与扫描电子显微镜下表征图;图4(a)为红外CCD观察在不同偏振输入下的输出光斑图(b)为实验测试器件消光比与带宽性能结果。
图1 (a)器件结构图(b)波导截面图(c)器件俯视图
图2 器件模拟分束效果图
图3 器件(a)光镜(b)扫描电子显微镜表征图
图4 (a)不同偏振输入下红外CCD输出光斑图像(b)器件消光比与带宽性能
该成果发表在“Yinan Wu, Xuerui Sun, Xiaotian Xue, Hao Li, Shijie Liu, Yuanlin Zheng, and Xianfeng Chen, Compact Adiabatic Polarization Splitter-Rotator on Thin-Film Lithium Niobate, Journal of Lightwave Technology, 42(7), 2429-2435 (2024)”。