光隔離裝置和光隔離方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供一種光隔離裝置和光隔離方法。本發(fā)明光隔離裝置，包括：第一偏振分束轉(zhuǎn)換器、第二偏振分束轉(zhuǎn)換器、TM模光隔離器；第一偏振分束轉(zhuǎn)換器用于接收TE模信號光，將TE模信號光轉(zhuǎn)換為TM模信號光，并將TM模信號光傳輸給TM模光隔離器；TM模光隔離器用于接收來自第一偏振分束轉(zhuǎn)換器的TM模信號光，并將TM模信號光傳輸給第二偏振分束轉(zhuǎn)換器；第二偏振分束轉(zhuǎn)換器用于接收來自TM模光隔離器的TM模信號光，將TM模信號光還原為TE模信號光，并將TE模信號光從第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端輸出。本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了對TE模的光進(jìn)行隔離，且器件尺寸小、工藝相對簡單。
【專利說明】光隔離裝置和光隔離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實(shí)施例涉及光通信技術(shù)，尤其涉及一種光隔離裝置和光隔離方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光隔離裝置的基本工作原理為：允許光從一個(gè)方向通過，阻止光從另一個(gè)方向通 過。光隔離裝置的作用在于可以防止反射光對（如激光器等）有源光器件造成損害。目前 在光通信領(lǐng)域中，沒有提供一種用于對橫電（Transverse Electric,TE)模的光進(jìn)行隔離的 光隔離裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種光隔離裝置和光隔離方法，以實(shí)現(xiàn)對TE模信號光進(jìn)行光 隔離。
[0004] 第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種光隔離裝置，包括：
[0005] 第一偏振分束轉(zhuǎn)換器、第二偏振分束轉(zhuǎn)換器、TM模光隔離器，所述第一偏振分束轉(zhuǎn) 換器的輸出端與所述TM模光隔離器的輸入端連接，所述TM模光隔離器的輸出端與所述第 二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸入端連接；
[0006] 所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器用于接收TE模信號光，將所述TE模信號光轉(zhuǎn)換為TM模 信號光，并將所述TM模信號光從所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端傳輸給所述TM模光隔 離器；
[0007] 所述TM模光隔離器用于自所述TM模光隔離器的輸入端接收來自所述第一偏振分 束轉(zhuǎn)換器的所述TM模信號光，并將所述TM模信號光通過所述TM模光隔離器的輸出端傳輸 給所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器；
[0008] 所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器用于自所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸入端接收來自所 述TM模光隔離器的所述TM模信號光，將所述TM模信號光還原為所述TE模信號光，并將所 述TE模信號光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端輸出，所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器還用 于接收從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端輸入的所述TE模信號光，將所述TE模信號光 轉(zhuǎn)換為所述TM模信號光，并將所述TM模信號光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸入端傳輸 給所述TM模光隔離器的輸出端；
[0009] 所述TM模光隔離器還用于阻斷自所述TM模光隔離器的輸出端輸入的所述TM模 信號光通過。
[0010] 結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種實(shí)現(xiàn)方式中：
[0011] 所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器包括第一光波導(dǎo)、第二光波導(dǎo)和第三光波導(dǎo)，所述第一 光波導(dǎo)的TE模的有效折射率和所述第二光波導(dǎo)的TE1階模的有效折射率相等，且所述第一 光波導(dǎo)和所述第二光波導(dǎo)的間距位于〇. 2 μ m到0. 35 μ m的范圍內(nèi)；
[0012] 所述第一光波導(dǎo)用于接收所述TE模信號光，并將所述TE模信號光耦合到所述第 二光波導(dǎo)，所述TE模信號光耦合到所述第二光波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為TE1階模信號光；
[0013] 所述第二光波導(dǎo)用于將所述TE1階模信號光傳輸?shù)剿龅谌獠▽?dǎo)；
[0014] 所述第三光波導(dǎo)的輸入端與所述第二光波導(dǎo)連接，輸出端與所述TM模光隔離器 連接，所述第三光波導(dǎo)用于將所述TE1階模信號光轉(zhuǎn)變成為所述TM模信號光，并將所述TM 模信號光傳輸給所述TM模光隔離器。
[0015] 結(jié)合第一方面的第一種實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第二種實(shí)現(xiàn)方式中：
[0016] 所述第一光波導(dǎo)的寬度位于0. 36 μ m到0. 39 μ m的范圍內(nèi)；
[0017] 所述第二光波導(dǎo)的寬度位于0. 73 μ m到0. 8 μ m的范圍內(nèi)。
[0018] 結(jié)合第一方面的第一、第二種實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第三種實(shí)現(xiàn)方式中：
[0019] 所述第一光波導(dǎo)的寬度在所述第一光波導(dǎo)的整體長度方向上是相等的。
[0020] 結(jié)合第一方面的第一至第三任一種實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第四種實(shí)現(xiàn)方式中：
[0021] 所述第二光波導(dǎo)的寬度在所述第二光波導(dǎo)的整體長度方向上是相等的。
[0022] 結(jié)合第一方面的第一至第四任一種實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第五種實(shí)現(xiàn)方式中：
[0023] 所述第三光波導(dǎo)的上包層為空氣；
[0024] 所述第三光波導(dǎo)的輸入端的寬度與所述第二光波導(dǎo)的寬度相等；
[0025] 所述第三光波導(dǎo)的輸出端的寬度位于0. 38 μ m到0. 6 μ m的范圍內(nèi)；
[0026] 所述第三光波導(dǎo)的長度位于40 μ m到60 μ m的范圍內(nèi)，所述第三光波導(dǎo)從所述第 三光波導(dǎo)的輸入端到所述第三光波導(dǎo)的輸出端的寬度的變化趨勢為越來越小。
[0027] 結(jié)合第一方面的第五種實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第六種實(shí)現(xiàn)方式中：
[0028] 所述第三光波導(dǎo)從所述第三光波導(dǎo)的輸入端到所述第三光波導(dǎo)的輸出端的寬度 的變化趨勢為均勻變小。
[0029] 結(jié)合第一方面的第一至第六任一種實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第七種實(shí)現(xiàn)方式中：
[0030] 所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器包括第四光波導(dǎo)、第五光波導(dǎo)和第六光波導(dǎo)，
[0031] 所述第四光波導(dǎo)的輸入端與所述TM模光隔離器連接，輸出端與所述第五光波導(dǎo) 連接，所述第四光波導(dǎo)用于將所述TM模信號光轉(zhuǎn)變成為所述TE1階模信號光，并將所述TE1 階模信號光傳輸給所述第五光波導(dǎo)；
[0032] 所述第五光波導(dǎo)的TE1階模的有效折射率和所述第六光波導(dǎo)的TM模的有效折射 率相等，所述第五光波導(dǎo)和所述第六光波導(dǎo)的間距位于〇. 2 μ m到0. 35 μ m的范圍內(nèi)；
[0033] 所述第五光波導(dǎo)用于接收所述TE1階模信號光，并將所述TE1階模信號光耦合到 所述第六光波導(dǎo)，所述TE1階模信號光耦合到所述第六光波導(dǎo)后還原為所述TE模信號光； 所述第六光波導(dǎo)用于將所述TE模信號光輸出。
[0034] 結(jié)合第一方面的第七種實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第八種實(shí)現(xiàn)方式中：
[0035] 所述第五光波導(dǎo)的寬度在0. 73 μ m到0. 8 μ m之間；
[0036] 所述第六光波導(dǎo)的寬度在0. 36 μ m到0. 39 μ m之間。
[0037] 結(jié)合第一方面的第七、第八種實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第九種實(shí)現(xiàn)方式中：
[0038] 所述第五光波導(dǎo)的寬度沿所述第五光波導(dǎo)的長度方向上是相等的。
[0039] 結(jié)合第一方面的第七至第九任一種實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第十種實(shí)現(xiàn)方式中：
[0040] 所述第六光波導(dǎo)的寬度沿所述第六光波導(dǎo)的長度方向上是相等的。
[0041] 結(jié)合第一方面的第七至第十任一種實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第十一種實(shí)現(xiàn)方式 中：
[0042] 所述第四光波導(dǎo)的上包層為空氣；
[0043] 所述第四光波導(dǎo)的輸入端的寬度位于0. 38 μ m到0. 6 μ m的范圍內(nèi)；
[0044] 所述第四光波導(dǎo)的輸出端的寬度與所述第五光波導(dǎo)的寬度相等；
[0045] 所述第四光波導(dǎo)的長度位于40 μ m到60 μ m的范圍內(nèi)，所述第四光波導(dǎo)從所述第 四光波導(dǎo)的輸入端到所述第四光波導(dǎo)的輸出端的寬度的變化趨勢為越來越大。
[0046] 結(jié)合第一方面的第^ 種實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第十二種實(shí)現(xiàn)方式中：
[0047] 所述第四光波導(dǎo)從所述第四光波導(dǎo)的輸入端到所述第四光波導(dǎo)的輸出端的寬度 的變化趨勢為均勻變大。
[0048] 第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種光模塊，至少包括如第一方面中任一項(xiàng)所述的 光隔離裝置和激光器，所述激光器用于產(chǎn)生所述TE模信號光，所述光隔離裝置用于對所述 TE模信號光進(jìn)行光隔離。
[0049] 第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供光隔離方法，包括：
[0050] 將所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)門M模信號光，并將所述TM模信號光通過TM模光隔離 器的輸入端傳輸給所述TM模光隔離器；
[0051] 所述TM模光隔離器接收所述TM模信號光，并將所述TM模信號光通過所述TM模 光隔離器的輸出端輸出；
[0052] 將自所述TM模光隔離器的輸出端輸出的所述TM模信號光還原為所述TE模信號 光并輸出；
[0053] 將輸出的所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)樗鯰M模信號光，并將所述TM模信號光通過所 述TM模光隔離器的輸出端傳輸給所述TM模光隔離器，所述TM模光隔離器阻斷所述TM模 信號光的傳輸。
[0054] 結(jié)合第三方面，在第三方面的第一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述將所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)?TM模信號光，具體包括：
[0055] 將所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)門E1階模信號光，并將所述TE1階模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)樗?TM模信號光。
[0056] 結(jié)合第三方面、或第三方面的第一種實(shí)現(xiàn)方式，在第三方面的第二種實(shí)現(xiàn)方式中， 所述將所述TM模信號光還原為所述TE模信號光并輸出，包括 ：
[0057] 所述將所述TM模信號光還原為所述TE1階模信號光，并將所述TE1階模信號光還 原為所述TE模信號光。
[0058] 可知，采用本發(fā)明實(shí)施例提供的光隔離裝置，包括：第一偏振分束轉(zhuǎn)換器、第二偏 振分束轉(zhuǎn)換器和TM模光隔離器；其中，所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器和所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換 器分別與所述TM模光隔離器連接，所述TM模光隔離器位于所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器和所 述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器之間；入射的TE模信號光通過第一偏振分束轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為TM模信 號光，且第一偏振分束轉(zhuǎn)換器將TM模信號光傳輸給TM光隔離器；TM光隔離器將TM模信號 光輸出給第二偏振分束轉(zhuǎn)換器；第二偏振分束轉(zhuǎn)換器將TM模信號光還原成TE模信號光并 輸出。反之，在入射的TE模信號光通過第一偏振分束轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為TM模信號光，且第二偏 振分束轉(zhuǎn)換器將TM模信號光傳輸給TM光隔離器時(shí)，TM光隔離器將會阻斷該TM模信號光的 傳輸，阻斷了該TM模信號光的傳輸也即阻斷了轉(zhuǎn)化為TM模信號光的TE模信號光的傳輸。 所以，采用本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)入射的TE模信號光通過第一偏振分束 轉(zhuǎn)換器、TM模光隔離器和第二偏振分束轉(zhuǎn)換器傳輸出去，但是該TE模信號光沿著與其傳輸 方向相反的方向回傳的時(shí)候，將會被阻斷，也即，采用本方案，可以實(shí)現(xiàn)對TE模信號光進(jìn)行 光隔離。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0059] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0060] 圖1為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0061] 圖2為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0062] 圖3為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例二的第一偏振分束轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063] 圖4為波導(dǎo)有效折射率隨波導(dǎo)寬度變化曲線圖；
[0064] 圖5為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例三的第二偏振分束轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065] 圖6為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例的TM模光隔離器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066] 圖7為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0067] 圖8為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例四的第一偏振分束轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0068] 圖9為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0069] 圖10為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)組成示意圖；
[0070] 圖11為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例的TM模光隔離器結(jié)構(gòu)組成示意圖一；
[0071] 圖12為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例的TM模光隔離器結(jié)構(gòu)組成示意圖二；
[0072] 圖13為本發(fā)明光模塊實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0073] 圖14為本發(fā)明光隔離方法實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0074] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0075] 圖1為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖一，圖2為本發(fā)明光隔離裝置實(shí) 施例一的結(jié)構(gòu)示意圖二。如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的光隔離裝置20可以包括：
[0076] 第一偏振分束轉(zhuǎn)換器201、第二偏振分束轉(zhuǎn)換器202、橫磁（Transverse Magnetic，簡稱TM)模光隔離器203,所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器201的輸出端與所述TM模 光隔離器203的輸入端連接，所述TM模光隔離器203的輸出端與所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器 202的輸入端連接；
[0077] 所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器201用于接收TE模信號光，將所述TE模信號光轉(zhuǎn)換為 TM模信號光，并將所述TM模信號光從所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器201的輸出端傳輸給所述 TM模光隔離器203 ;
[0078] 所述TM模光隔離器203用于自所述TM模光隔離器203的輸入端接收來自所述第 一偏振分束轉(zhuǎn)換器201的所述TM模信號光，并將所述TM模信號光通過所述TM模光隔離器 203的輸出端傳輸給所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器202 ;
[0079] 所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器202用于自所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸入端接收來 自所述TM模光隔離器203的所述TM模信號光，將所述TM模信號光還原為所述TE模信號 光，并將所述TE模信號光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器202的輸出端輸出，所述第二偏振分 束轉(zhuǎn)換器還用于接收從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端輸入的所述TE模信號光，將所 述TE模信號光轉(zhuǎn)換為所述TM模信號光，并將所述TM模信號光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器 的輸入端傳輸給所述TM模光隔離器的輸出端；
[0080] 所述TM模光隔離器203還用于阻斷自所述TM模光隔離器203的輸出端輸入的所 述TM模信號光通過。
[0081] 具體地，該光隔離裝置20基于硅基平臺，使用絕緣襯底上的硅（Silicon On Insulator,簡稱SOI)波導(dǎo)，包含3部分：第一偏振分束轉(zhuǎn)換器201、第二偏振分束轉(zhuǎn)換器 202和TM模光隔離器203。TE模信號光輸入所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器201，經(jīng)所述第一偏 振分束轉(zhuǎn)換器201轉(zhuǎn)換為TM模信號光，所述TM模信號光從所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器201 的輸出端傳輸給所述TM模光隔離器203,并經(jīng)所述TM模光隔離器203傳輸?shù)剿龅诙?分束轉(zhuǎn)換器202,所述TM模信號光經(jīng)所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器202后還原為所述TE模信號 光，所述TE模信號光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器202的輸出端輸出。
[0082] 上述光隔離裝置20能夠保證TE模信號光正向通過并且保持了光的模式信息，對 于反向入射的TE模信號光即從第二偏振分束轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)絋M模光隔離器的TE模信號光， 可以實(shí)現(xiàn)隔離。
[0083] 本實(shí)施例，光隔離裝置包括：第一偏振分束轉(zhuǎn)換器、第二偏振分束轉(zhuǎn)換器和TM模 光隔離器，所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述TM模光隔離器的輸入端連接，所述TM 模光隔離器的輸出端與所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸入端連接；所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器 用于接收TE模信號光，將所述TE模信號光轉(zhuǎn)換為TM模信號光，并將所述TM模信號光傳輸 給所述TM模光隔離器；所述TM模光隔離器用于接收來自所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器的所述 TM模信號光，并將所述TM模信號光傳輸給所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器；所述第二偏振分束轉(zhuǎn) 換器用于接收來自所述TM模光隔離器的所述TM模信號光，將所述TM模信號光還原為所述 TE模信號光，并將所述TE模信號光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端輸出。反之，在入 射的TE模信號光通過第一偏振分束轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為TM模信號光，且第二偏振分束轉(zhuǎn)換器將 TM模信號光傳輸給TM光隔離器時(shí)，TM光隔離器將會阻斷該TM模信號光的傳輸，阻斷了該 TM模信號光的傳輸也即阻斷了轉(zhuǎn)化為TM模信號光的TE模信號光的傳輸。所以，采用本發(fā) 明實(shí)施例提供的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)入射的TE模信號光通過第一偏振分束轉(zhuǎn)換器、TM模光 隔離器和第二偏振分束轉(zhuǎn)換器傳輸出去，但是該TE模信號光沿著與其傳輸方向相反的方 向回傳的時(shí)候，將會被阻斷，也即，采用本方案，可以實(shí)現(xiàn)對TE模信號光進(jìn)行光隔離。
[0084] 圖3為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例二的第一偏振分束轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為波 導(dǎo)有效折射率隨波導(dǎo)寬度變化曲線圖。在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中，進(jìn)一步地，所述 第一偏振分束轉(zhuǎn)換器201包括第一光波導(dǎo)2010、第二光波導(dǎo)2011和第三光波導(dǎo)2012,所述 第一光波導(dǎo)2010的TE模的有效折射率和所述第二光波導(dǎo)2011的TE1階模的有效折射率 相等，且所述第一光波導(dǎo)2010和所述第二光波導(dǎo)2011的間距位于0. 2 μ m到0. 35 μ m的范 圍內(nèi)；
[0085] 所述第一光波導(dǎo)2010用于接收所述TE模信號光，并將所述TE模信號光耦合到所 述第二光波導(dǎo)2011，所述TE模信號光耦合到所述第二光波導(dǎo)2011后轉(zhuǎn)化為TE1階模信號 光；
[0086] 所述第二光波導(dǎo)2011用于將所述TE1階模信號光傳輸?shù)剿龅谌獠▽?dǎo)2012 ;
[0087] 所述第三光波導(dǎo)2012的輸入端與所述第二光波導(dǎo)2011連接，輸出端與所述TM模 光隔離器連接，所述第三光波導(dǎo)2012用于將所述TE1階模信號光轉(zhuǎn)變成為所述TM模信號 光，并將所述TM模信號光傳輸給所述TM模光隔離器。
[0088] 可選地，所述第一光波導(dǎo)的寬度位于0. 36μπι到0. 39μπι的范圍內(nèi)；
[0089] 所述第二光波導(dǎo)的寬度位于0. 73 μ m到0. 8 μ m的范圍內(nèi)。
[0090] 可選地，所述第一光波導(dǎo)的寬度在所述第一光波導(dǎo)的整體長度方向上是相等的。
[0091] 可選地，所述第二光波導(dǎo)的寬度在所述第二光波導(dǎo)的整體長度方向上是相等的。
[0092] 具體地，如圖3所示，所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器201由SOI上硅Si納米線波導(dǎo)實(shí) 現(xiàn)，所述TE模信號光輸入所述第一光波導(dǎo)2010,并從所述第一光波導(dǎo)2010稱合到所述第 二光波導(dǎo)2011，所述第一光波導(dǎo)2010的TE模的有效折射率和所述第二光波導(dǎo)2011的TE1 階模的有效折射率相等，發(fā)生耦合，所述TE模光信號耦合到所述第二光波導(dǎo)2011后轉(zhuǎn)化為 TE1階模信號光，如圖4中虛線箭頭1所示；圖4中ΤΕ0表示TE基膜的信號光也就是TE模 的信號光，TE1表示TE1階模信號光，TE2表示TE2階模信號光，ΤΜ0表示TM基膜的信號光 也就是TM模的信號光。本發(fā)明實(shí)施例中的波導(dǎo)的高度采用220nm的高度。
[0093] 所述第一光波導(dǎo)2010和所述第二光波導(dǎo)2011相稱合部位的長度，即圖3中h的 長度，以將輸入到所述第一光波導(dǎo)2010內(nèi)的所述TE模信號光全部f禹合到所述第二光波導(dǎo) 2011為準(zhǔn)。
[0094] 所述TE1階模信號光經(jīng)所述第二光波導(dǎo)2011傳輸?shù)剿龅谌獠▽?dǎo)2012,所述 TE1階模信號光經(jīng)所述第三光波導(dǎo)2012轉(zhuǎn)變?yōu)樗鯰M模信號光傳輸?shù)剿鯰M模光隔離器 203。所述第一光波導(dǎo)2010和所述第二光波導(dǎo)2011的耦合部分的間距，即圖3中的的屯位 于0. 2 μ m到0. 35 μ m的范圍內(nèi)。
[0095] 第一光波導(dǎo)2010的寬度即圖3中可以位于0. 36μπι到0. 39μπι的范圍內(nèi)；所 述第二光波導(dǎo)2011的寬度即圖3中％可以位于0. 73μπι到0. 8μπι的范圍內(nèi)。所述第一 光波導(dǎo)2010的寬度在所述第一光波導(dǎo)2010的整體長度方向上是相等的，即圖3中從左到 右的方向上寬度Α相等。所述第二光波導(dǎo)2011的寬度在所述第二光波導(dǎo)2011的整體長 度方向上是相等的，即圖3中從左到右的方向上寬度w 2相等。波導(dǎo)的寬度決定了其傳輸?shù)?信號光的模式。第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)寬度不相等，第二光波導(dǎo)的寬度大于第一光波導(dǎo) 的寬度，才能實(shí)現(xiàn)圖4中虛線箭頭1所示的所述TE模光信號由第一光波導(dǎo)耦合到所述第二 光波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為TE1階模信號光。
[0096] 可選地，所述第三光波導(dǎo)的上包層為空氣，
[0097] 所述第三光波導(dǎo)的輸入端的寬度與所述第二光波導(dǎo)的寬度相等，
[0098] 所述第三光波導(dǎo)的輸出端的寬度位于0. 38 μ m到0. 6 μ m的范圍內(nèi)，
[0099] 所述第三光波導(dǎo)的長度位于40 μ m到60 μ m大于或等于20 μ m的范圍內(nèi)，所述第 三光波導(dǎo)從所述第三光波導(dǎo)的輸入端到所述第三光波導(dǎo)的輸出端的寬度的變化趨勢為越 來越小。
[0100] 可選地，所述第三光波導(dǎo)從所述第三光波導(dǎo)的輸入端到所述第三光波導(dǎo)的輸出端 的寬度的變化趨勢為均勻變小。
[0101] 具體地，為了實(shí)現(xiàn)由TE1階模信號光轉(zhuǎn)化為TM模信號光，所述第三光波導(dǎo)2012的 上包層可以為空氣，如果上包層為Si0 2則不能實(shí)現(xiàn)由TE1階模信號光轉(zhuǎn)化為TM模信號光， 即如圖4所示，虛線圓圈表示樽式混渚區(qū)域,即可以進(jìn)行模式轉(zhuǎn)化，上包層不為Si0 2 (比如 用空氣）才有這個(gè)區(qū)域，才能實(shí)現(xiàn)虛線箭頭2所示的模式轉(zhuǎn)化的功能。
[0102] 由圖4中可以看出，所述第三光波導(dǎo)2012的輸出端的寬度可以位于0.38μπι到 0. 6μπι的范圍內(nèi)，由于所述第二光波導(dǎo)2011的寬度即圖3中《2可以位于0. 73μπι到0. 8μπι 的范圍內(nèi)，則所述第三光波導(dǎo)2012從所述第三光波導(dǎo)2012的輸入端到所述第三光波導(dǎo) 2012的輸出端的寬度的變化趨勢為越來越小，即如圖3中從左到右寬度逐漸變小，具體可 以是均勻變化的。
[0103] 所述第三光波導(dǎo)2012的長度即圖3中12可以位于40μπι到60μπι的范圍內(nèi)。
[0104] 圖3中的第一偏振分束轉(zhuǎn)換器201僅為不意性的一種實(shí)現(xiàn)方式，其中，ΤΕ模信號 光輸入所述第一光波導(dǎo)2010與第二光波導(dǎo)稱合之前的第一光波導(dǎo)可以為直線型波導(dǎo)，即 與第二光波導(dǎo)的距離相同，稱合之后的第一光波導(dǎo)可以沒有，或者遠(yuǎn)離第三光波導(dǎo)這樣可 以避免光信號產(chǎn)生耦合。
[0105] 本實(shí)施例，所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器包括第一光波導(dǎo)、第二光波導(dǎo)和第三光波導(dǎo)， 所述第一光波導(dǎo)的ΤΕ模的有效折射率和所述第二光波導(dǎo)的ΤΕ1階模的有效折射率相等，所 述第一光波導(dǎo)用于接收所述ΤΕ模信號光，并將所述ΤΕ模信號光耦合到所述第二光波導(dǎo)，所 述ΤΕ模信號光耦合到所述第二光波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為ΤΕ1階模信號光；所述第二光波導(dǎo)用于將所 述ΤΕ1階模信號光傳輸?shù)剿龅谌獠▽?dǎo)；所述第三光波導(dǎo)的輸入端與所述第二光波導(dǎo)連 接，輸出端與所述ΤΜ模光隔離器連接，所述第三光波導(dǎo)用于將所述ΤΕ1階模信號光轉(zhuǎn)變成 為所述ΤΜ模信號光，并將所述ΤΜ模信號光傳輸給所述ΤΜ模光隔離器，實(shí)現(xiàn)了將ΤΕ模信號 光轉(zhuǎn)化為ΤΜ模信號光。
[0106] 圖5為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例三的第二偏振分束轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖，在實(shí)施例 二的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中，進(jìn)一步地，所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器202包括第四光波導(dǎo)2020、 第五光波導(dǎo)2021和第六光波導(dǎo)2022 ;
[0107] 所述第四光波導(dǎo)2020的輸入端與所述ΤΜ模光隔離器連接，輸出端與所述第五光 波導(dǎo)2021連接，所述第四光波導(dǎo)2020用于將所述ΤΜ模信號光轉(zhuǎn)變成為所述ΤΕ1階模信號 光，并將所述ΤΕ1階模信號光傳輸給所述第五光波導(dǎo)2021 ;
[0108] 所述第五光波導(dǎo)2021的ΤΕ1階模的有效折射率和所述第六光波導(dǎo)2022的ΤΜ模 的有效折射率相等，所述第五光波導(dǎo)2021和所述第六光波導(dǎo)2022的間距位于0. 2 μ m到 0. 35 μ m的范圍內(nèi)；
[0109] 所述第五光波導(dǎo)2021用于接收所述TE1階模信號光，并將所述TE1階模信號光耦 合到所述第六光波導(dǎo)2022,所述TE1階模信號光耦合到所述第六光波導(dǎo)2022后還原為所述 TE模信號光；所述第六光波導(dǎo)2022用于將所述TE模信號光輸出。
[0110] 可選地，所述第五光波導(dǎo)的寬度在0. 73μπι到0.8μπι之間；
[0111] 所述第六光波導(dǎo)的寬度在〇. 36μπι到0. 39μπι之間。
[0112] 可選地，所述第五光波導(dǎo)的寬度沿所述第五光波導(dǎo)的長度方向上是相等的。
[0113] 可選地，所述第六光波導(dǎo)的寬度沿所述第六光波導(dǎo)的長度方向上是相等的。
[0114] 可選地，所述第四光波導(dǎo)的上包層為空氣；
[0115] 所述第四光波導(dǎo)的輸入端的寬度位于〇. 38μπι到0. 6μπι的范圍內(nèi)；
[0116] 所述第四光波導(dǎo)的輸出端的寬度與所述第五光波導(dǎo)的寬度相等；
[0117] 所述第四光波導(dǎo)的長度位于40 μ m到60 μ m的范圍內(nèi)，所述第四光波導(dǎo)從所述第 四光波導(dǎo)的輸入端到所述第四光波導(dǎo)的輸出端的寬度的變化趨勢為越來越大。
[0118] 可選地，所述第四光波導(dǎo)從所述第四光波導(dǎo)的輸入端到所述第四光波導(dǎo)的輸出端 的寬度的變化趨勢為均勻變大。
[0119] 具體地，如圖5所示，所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器202由SOI上硅Si納米線波導(dǎo)實(shí) 現(xiàn)，所述TM模信號光從所述第四光波導(dǎo)2020的輸入端輸入，經(jīng)所述第四光波導(dǎo)2020后轉(zhuǎn) 變?yōu)樗鯰E1階模信號光，所述TE1階模信號光從所述第四光波導(dǎo)2020的輸出端傳遞到所 述第五光波導(dǎo)2021，并從所述第五光波導(dǎo)2021稱合到所述第六光波導(dǎo)2022,所述TE1階模 信號光耦合到所述第六光波導(dǎo)2022后還原為所述TE模信號光。
[0120] 為了實(shí)現(xiàn)由TM模信號光轉(zhuǎn)化為TE1階模信號光，所述第四光波導(dǎo)2020的上包層 可以為空氣，如果上包層為Si0 2則不能實(shí)現(xiàn)由TM模信號光轉(zhuǎn)化為TE1階模信號光，即如圖 4所示，虛線圓圈表示樽式混淆區(qū)域，即可以講行樽式轉(zhuǎn)化，上包層不為Si0 2(比如用空氣） 才有這個(gè)區(qū)域，才能實(shí)現(xiàn)虛線箭頭2所示的模式轉(zhuǎn)化的功能。
[0121] 由圖4中可以看出，所述第四光波導(dǎo)2020的輸入端的寬度可以位于0.38μπι到 0. 6 μ m的范圍內(nèi)，由于所述第五光波導(dǎo)2021的寬度即圖5中w2在0. 73 μ m到0. 8 μ m之間， 則所述第四光波導(dǎo)2020從第四光波導(dǎo)2020的輸入端到所述第四光波導(dǎo)2020的輸出端的 寬度的變化趨勢為越來越大，即如圖5中從左到右寬度逐漸變大，具體可以是均勻變化的。
[0122] 所述第四光波導(dǎo)2020的長度即圖5中12位于40μπι到60μπι的范圍內(nèi)。
[0123] 所述ΤΕ1階模信號光輸入所述第五光波導(dǎo)2021，所述第五光波導(dǎo)2021的ΤΕ1階 模的有效折射率和所述第六光波導(dǎo)2022的ΤΕ模的有效折射率相等，發(fā)生耦合，所述ΤΕ1階 模信號光耦合到所述第六光波導(dǎo)2022后還原為所述ΤΕ模信號光，如圖4中虛線箭頭1所 示，所述第五光波導(dǎo)2021和所述第六光波導(dǎo)2022的耦合部分的間距，即圖5中的屯位于 0. 2 μ m到0. 35 μ m的范圍內(nèi)。
[0124] 所述第五光波導(dǎo)2021和所述第六光波導(dǎo)2022相耦合部位的長度，即圖5中h的 長度，以將輸入到所述第五光波導(dǎo)2021內(nèi)的所述TE1階模信號光全部f禹合到所述第六光波 導(dǎo)2022為準(zhǔn)。
[0125] 所述第六光波導(dǎo)2020的寬度即圖5中&可以位于0.36 μ m到0.39 μ m的范圍內(nèi)； 所述第五光波導(dǎo)2021的寬度即圖3中w2可以位于0. 73 μ m到0. 8 μ m的范圍內(nèi)。所述第 六光波導(dǎo)2020的寬度在所述第六光波導(dǎo)2020的整體長度方向上是相等的，即圖5中從左 到右的方向上寬度A相等。所述第五光波導(dǎo)2021的寬度在所述第五光波導(dǎo)2021的整體 長度方向上是相等的，即圖5中從左到右的方向上寬度w 2相等。波導(dǎo)的寬度決定了其傳輸 的信號光的模式。第五光波導(dǎo)和第六光波導(dǎo)寬度不相等，第五光波導(dǎo)的寬度大于第六光波 導(dǎo)的寬度，才能實(shí)現(xiàn)圖4中虛線箭頭1所示的所述TE1階模光信號由第五光波導(dǎo)耦合到所 述第六光波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為TE模信號光。
[0126] 圖5中的第二偏振分束轉(zhuǎn)換器202僅為示意性的一種實(shí)現(xiàn)方式，所述第二偏振分 束轉(zhuǎn)換器202和所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器201的結(jié)構(gòu)可以是對稱結(jié)構(gòu)；其中，TE模信號光 奉禹合到所述第六光波導(dǎo)2022之后的光波導(dǎo)可以為直線型波導(dǎo)輸出所述TE模信號光，f禹合 之前的第六光波導(dǎo)可以沒有，或者遠(yuǎn)離第五光波導(dǎo)和第四光波導(dǎo)這樣可以避免光信號產(chǎn)生 耦合。
[0127] 本實(shí)施例，所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器包括第四光波導(dǎo)、第五光波導(dǎo)和第六光波導(dǎo)， 所述第四光波導(dǎo)的輸入端與所述TM模光隔離器連接，輸出端與所述第五光波導(dǎo)連接，所述 第四光波導(dǎo)用于將所述TM模信號光轉(zhuǎn)變成為所述TE1階模信號光，并將所述TE1階模信號 光傳輸給所述第五光波導(dǎo)；所述第五光波導(dǎo)的TE1階模的有效折射率和所述第六光波導(dǎo)的 TM模的有效折射率相等，所述第五光波導(dǎo)用于接收所述TE1階模信號光，并將所述TE1階模 信號光耦合到所述第六光波導(dǎo)，所述TE1階模信號光耦合到所述第六光波導(dǎo)后還原為所述 TE模信號光；所述第六光波導(dǎo)用于將所述TE模信號光輸出，將TM模信號光轉(zhuǎn)化為TE模信 號光，實(shí)現(xiàn)了 TE模信號光的還原。
[0128] 圖6為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例的TM模光隔離器結(jié)構(gòu)示意圖，進(jìn)一步地，在上述 實(shí)施例的基礎(chǔ)上，TM模光隔離器203可以采用馬赫-曾德爾干涉儀型器件（Mach-Zehnder Interferometer,簡稱MZI)，原理如下：采用摻Ce的紀(jì)鐵石槽石Ce:YIG鍵合到絕緣襯底上 的娃（Silicon On Insulator,簡稱SOI)波導(dǎo)上施加磁場，即由娃線波導(dǎo)制作而成，MZI上 覆蓋有磁光材料。
[0129] 磁光材料可以通過鍵合集成到MZI上，包括直接鍵合和使用苯并環(huán)丁烯BCB的粘 接鍵合。在MZI兩臂施加有平行反向的磁場（圖6中箭頭所指的方向），施加磁場這部分 為非互易相移器，上下通路通過光程差實(shí)現(xiàn)互易相移器。在硅線波導(dǎo)中，TM模信號光的模 場有一部分處于波導(dǎo)的外面，因此TM模信號光的模場在磁光材料中有一定的能量分布。對 于單個(gè)的TM模光隔離器203來說，無磁場施加時(shí)的TM模信號光的傳播常數(shù)為β，有磁場 施加時(shí)，正向傳播的ΤΜ模信號光和反向傳播的ΤΜ模信號光的傳播常數(shù)為β?和β2,其滿 足關(guān)系δ β = β?-β = β-β2;正向工作時(shí)，因磁場導(dǎo)致的傳播常數(shù)變化，使得上臂和 下臂產(chǎn)生磁光相移Φ-和Φ+，通過設(shè)置非互易臂長LN，得到上臂相對下臂的非互易相移為 (β 1- β 2) X LN = - π /2,通過設(shè)置TM模光隔離器203上路和下路的長度差LK，可以得到互 易相移為β XLK= (4η+1)Χ π/2(η為整數(shù)）。因此傳播兩路TM模信號光的總相位差為 0,發(fā)生相長干涉，實(shí)現(xiàn)正向通過。對于反向傳播的ΤΜ模信號光，對于ΤΜ模光隔離器203來 說，上下臂的磁光相移互換，上路相對下路的非互易相移為η/2,互易相移仍為π/2,總相 位差為π。因此實(shí)現(xiàn)干涉相消，實(shí)現(xiàn)ΤΜ模信號光隔離的功能。
[0130] 圖7為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖一，圖8為本發(fā)明光隔離裝置實(shí) 施例四的第一偏振分束轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖，圖9為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意 圖二。如圖7-圖9所示，本實(shí)施例的光隔離裝置70可以包括：第一偏振分束轉(zhuǎn)換器701、 第二偏振分束轉(zhuǎn)換器702、第一 ΤΜ模光隔離器703和第二ΤΜ模光隔離器704 ;其中，所述第 一偏振分束轉(zhuǎn)換器701的第一輸出端與所述第一 ΤΜ模光隔離器703連接，所述第一偏振分 束轉(zhuǎn)換器701的第二輸出端與所述第二ΤΜ模光隔離器703連接；所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器 702的第一輸入端與所述第一 ΤΜ模光隔離器連接，所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器702的第二輸 入端與所述第二ΤΜ模光隔離器連接。
[0131] 所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器701用于接收TE模信號光和TM模信號光的混合光，將 所述TE模信號光轉(zhuǎn)換為TM模信號光，并將由所述TE模信號光轉(zhuǎn)換的所述TM模信號光從 所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器701的輸出端傳輸給所述第一 TM模光隔離器703 ;將原本輸入的 所述TM模信號光傳輸給所述第二TM模光隔離器704。
[0132] 所述第一 TM模光隔離器703用于自所述TM模光隔離器703的輸入端接收來自所 述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器701的第一輸出端的所述TM模信號光；所述第二TM模光隔離器704 用于接收來自所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器701的第二輸出端的所述TM模信號光，并將所述TM 模信號光通過所述TM模光隔離器703的輸出端傳輸給所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器202。
[0133] 所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器702的第一輸入端用于接收來自所述第一 TM模光隔離 器703的所述TM模信號光，并將所述來自所述第一 TM模光隔離器703的所述TM模信號光 還原為所述TE模信號光，所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器702的第二輸入端用于接收來自所述第 二TM模光隔離器704的所述TM模信號光，并將所述TE模信號光和來自所述第二TM模光 隔離器704的所述TM模信號光的混合光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器702的輸出端輸出。
[0134] 所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器702還用于接收從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器702的輸出 端輸入的所述TE模信號光，將所述TE模信號光轉(zhuǎn)換為所述TM模信號光，并將所述TM模信 號光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器702的第一輸入端傳輸給所述TM模光隔離器703的輸出 端；所述TM模光隔離器703還用于阻斷自所述TM模光隔離器703的輸出端輸入的所述TM 模信號光通過。
[0135] 所述第一 TM模光隔離器703和所述第二TM模光隔離器704包括設(shè)置在襯底上的 兩段平行的硅線波導(dǎo)，所述波導(dǎo)上附有磁光材料；所述第一 TM模光隔離器703和所述第二 TM模光隔離器704光隔離裝置用于通過正向傳播的TM模信號光，并隔離反向傳播的TM模 信號光，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。
[0136] 所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器701包括：
[0137] 第一光波導(dǎo)7010、第二光波導(dǎo)7011、第三光波導(dǎo)7012和第四光波導(dǎo)7013,如圖8 所示，所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器701由SOI上硅Si納米線波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，所述TE模信號光和所 述TM模信號光的混合光輸入所述第一光波導(dǎo)7010,由于所述TE模信號光和所述TM模信號 光的有效折射率不同，所述第一光波導(dǎo)7010和所述第四光波導(dǎo)7013上的TM模的有效折射 率相等，則所述第一光波導(dǎo)7010上傳輸?shù)乃鯰M模信號光耦合到所述第四光波導(dǎo)7013上 傳輸，所述TE模信號光從所述第一光波導(dǎo)7010耦合到所述第二光波導(dǎo)7011，所述第一光波 導(dǎo)7010的TE模的有效折射率和所述第二光波導(dǎo)7011的TE1階模的有效折射率相等，發(fā)生 耦合，所述TE模光信號耦合到所述第二光波導(dǎo)7011后轉(zhuǎn)化為TE1階模信號光。
[0138] 所述第一光波導(dǎo)7010和所述第二光波導(dǎo)7011相稱合部位的長度，即圖8中h的 長度，以將輸入到所述第一光波導(dǎo)7010內(nèi)的所述TE模信號光全部f禹合到所述第二光波導(dǎo) 7011為準(zhǔn)。
[0139] 所述第一光波導(dǎo)7010和所述第四光波導(dǎo)7013相耦合部位的長度，即圖8中13的 長度，以將所述第一光波導(dǎo)7010內(nèi)的所述TM模信號光全部f禹合到所述第四光波導(dǎo)7013為 準(zhǔn)。
[0140] 所述TE1階模信號光經(jīng)所述第二光波導(dǎo)7011傳輸?shù)剿龅谌獠▽?dǎo)7012,所述 TE1階模信號光經(jīng)所述第三光波導(dǎo)7012轉(zhuǎn)變?yōu)樗鯰M模信號光傳輸?shù)剿龅谝?TM模光隔 離器703。所述第一光波導(dǎo)7010和所述第二光波導(dǎo)7011的間距，即圖8中的di位于0. 2 μ m 到0. 35 μ m的范圍內(nèi)。
[0141] 第一光波導(dǎo)7010的寬度即圖8中&可以位于0. 36μπι到0. 39μπι的范圍內(nèi)；所 述第二光波導(dǎo)7011的寬度即圖8中《2可以位于0. 73μπι到0. 8μπι的范圍內(nèi)。所述第一 光波導(dǎo)7010的寬度在所述第一光波導(dǎo)7010的整體長度方向上是相等的，即圖8中從左到 右的方向上寬度Α相等。所述第二光波導(dǎo)7011的寬度在所述第二光波導(dǎo)7011的整體長 度方向上是相等的，即圖8中從左到右的方向上寬度w 2相等。所述第四光波導(dǎo)7013的寬 度在所述第四光波導(dǎo)7013的整體長度方向上是相等的，即圖8中從左到右的方向上寬度w 3 相等波導(dǎo)的寬度決定了其傳輸?shù)男盘柟獾哪Ｊ健５谝还獠▽?dǎo)和第二光波導(dǎo)寬度不相等，第 二光波導(dǎo)的寬度大于第一光波導(dǎo)的寬度，才能實(shí)現(xiàn)圖4中虛線箭頭1所示的所述TE模光信 號由第一光波導(dǎo)耦合到所述第二光波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為TE1階模信號光。
[0142] 具體地，為了實(shí)現(xiàn)由TE1階模信號光轉(zhuǎn)化為TM模信號光，所述第三光波導(dǎo)7012的 上包層可以為空氣，如果上包層為Si0 2則不能實(shí)現(xiàn)由TE1階模信號光轉(zhuǎn)化為TM模信號光， 即如圖4所示，虛線圓圈表示模式混淆區(qū)域，即可以進(jìn)行模式轉(zhuǎn)化，上包層不為Si0 2 (比如 用空氣）才有這個(gè)區(qū)域，才能實(shí)現(xiàn)虛線箭頭2所示的模式轉(zhuǎn)化的功能。
[0143] 由圖4中可以看出，所述第三光波導(dǎo)7012的輸出端的寬度可以位于0.38μπι到 0. 6μπι的范圍內(nèi)，由于所述第二光波導(dǎo)7011的寬度即圖8中《2可以位于0. 73μπι到0. 8μπι 的范圍內(nèi)，則所述第三光波導(dǎo)7012從所述第三光波導(dǎo)7012的輸入端到所述第三光波導(dǎo) 7012的輸出端的寬度的變化趨勢為越來越小，即如圖8中從左到右寬度逐漸變小，具體可 以是均勻變化的。
[0144] 所述第三光波導(dǎo)7012的長度即圖8中可以12位于40μπι到60μπι的范圍內(nèi)。
[0145] 所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器701和所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器702的結(jié)構(gòu)可以是對稱 結(jié)構(gòu)，此處不再贅述。
[0146] 本實(shí)施例，光隔離裝置包括：第一偏振分束轉(zhuǎn)換器、第二偏振分束轉(zhuǎn)換器、第一 ΤΜ 模光隔離器和第二ΤΜ模光隔離器；其中，所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器用于接收ΤΕ模信號光和 ΤΜ模信號光的混合光，將所述ΤΕ模信號光轉(zhuǎn)換為ΤΜ模信號光，并將由所述ΤΕ模信號光轉(zhuǎn) 換的所述ΤΜ模信號光傳輸給所述第一 ΤΜ模光隔離器；將原本輸入的所述ΤΜ模信號光傳輸 給所述第二ΤΜ模光隔離器；所述第一 ΤΜ模光隔離器用于接收來自所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換 器的第一輸出端的所述ΤΜ模信號光；所述第二ΤΜ模光隔離器用于接收來自所述第一偏振 分束轉(zhuǎn)換器的第二輸出端的所述ΤΜ模信號光，并將所述ΤΜ模信號光傳輸給所述第二偏振 分束轉(zhuǎn)換器；所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的第一輸入端用于接收來自所述第一 ΤΜ模光隔離 器的所述ΤΜ模信號光，所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的第二輸入端用于接收來自所述第二ΤΜ 模光隔離器的所述ΤΜ模信號光，并將所述來自所述第一 ΤΜ模光隔離器的所述ΤΜ模信號光 還原為所述ΤΕ模信號光，并將所述ΤΕ模信號光和來自所述第二ΤΜ模光隔離器的所述ΤΜ模 信號光的混合光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端輸出，允許通過正向傳輸?shù)摩肠ツＰ?號光和ΤΜ模信號光的混合光，并隔離反向傳輸?shù)摩肠ツＰ盘柟夂挺肠Ｐ盘柟獾幕旌瞎?，?實(shí)現(xiàn)對ΤΕ模信號光和ΤΜ模信號光的混合光進(jìn)行光隔離，進(jìn)一步的，所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換 器還用于接收從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端輸入的所述ΤΕ模信號光，將所述ΤΕ模 信號光轉(zhuǎn)換為所述ΤΜ模信號光，并將所述ΤΜ模信號光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸入 端傳輸給所述TM模光隔離器的輸出端；所述TM模光隔離器還用于阻斷自所述TM模光隔離 器的輸出端輸入的所述TM模信號光通過。
[0147] 圖10為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)組成示意圖，圖11為本發(fā)明光隔離 裝置實(shí)施例的TM模光隔離器結(jié)構(gòu)組成示意圖一，圖12為本發(fā)明光隔離裝置實(shí)施例的TM模 光隔離器結(jié)構(gòu)組成示意圖二。
[0148] 可選地，上述實(shí)施例中的光波導(dǎo)為在絕緣襯底上通過電子束曝光EBL或者深紫外 曝光DUV制作的硅Si納米線波導(dǎo)。
[0149] 可選地，所述平行的硅線波導(dǎo)為在絕緣襯底上通過電子束曝光EBL或者深紫外曝 光DUV制作的硅Si納米線波導(dǎo)。
[0150] 具體地，本發(fā)明實(shí)施例的光隔離裝置20、光隔離裝置70可以首先通過電子束曝光 EBL或深紫外曝光DUV制作Si納米線波導(dǎo)（如圖10所示），磁光材料可以選擇在非磁性石 榴石結(jié)晶襯底SGGG襯底上生長的摻Ce的釔鐵石榴石（Ce :YIG)，該磁光材料對1550nm波 長的光有-4500° /cm的法拉第旋轉(zhuǎn)角。如圖11和圖12所示，磁光材料通過直接鍵合或者 粘接鍵合覆蓋至兩個(gè)TM模光隔離器區(qū)域。
[0151] 如圖8所示，第一偏振分束轉(zhuǎn)換器僅給出一組可以實(shí)現(xiàn)分束轉(zhuǎn)換功能的參數(shù)： 第一光波導(dǎo)寬度A為0.37 μ m，第四光波導(dǎo)寬度《3為0.37 μ m，第二光波導(dǎo)的寬度w2為 0· 751 μ m，第三光波導(dǎo)的長度12為30 μ m，第三光波導(dǎo)的窄端寬度w4為0· 37 μ m，第一光 波導(dǎo)的和第四光波導(dǎo)組成的f禹合器f禹合長度取5. 6 μ m，第一光波導(dǎo)與第四光波導(dǎo)的奉禹 合部分的波導(dǎo)間距d2為0. 33 μ m，第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)的稱合部分的稱合長度h為 10. 5 μ m，第一光波導(dǎo)和第二光波導(dǎo)|禹合部分的波導(dǎo)間距屯為0. 1395 μ m。上述參數(shù)可以實(shí) 現(xiàn)第一偏振分束轉(zhuǎn)換器的功能，但是并非性能最優(yōu)參數(shù)。
[0152] 以直接鍵合為例，第一 TM模光隔離器703和第二TM模光隔離器704波導(dǎo)寬度設(shè) 置為450nm時(shí)，需要的非互易臂長LN為410 μ m。互易臂長可以根據(jù)相位條件調(diào)整，影響器 件帶寬性能。
[0153] 本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了偏振無關(guān)工作，且工藝難度較低，可操作性強(qiáng)。隔離度與TM 模光隔離器幾乎一致，所以該性能指標(biāo)很好。帶寬特性上，TM模光隔離器可以通過調(diào)節(jié)互 易相移光程差增大自由光譜區(qū)域（Free Spectral Range，簡稱FSR)以增大帶寬，偏振分束 轉(zhuǎn)換器為寬帶器件，所以可以實(shí)現(xiàn)寬帶工作。器件尺寸上，偏振分束轉(zhuǎn)換器尺寸相比磁光材 料覆蓋區(qū)域很小，即本發(fā)明偏振無關(guān)型硅基光隔離裝置的尺寸近似等于TM模光隔離器。
[0154] 本發(fā)明實(shí)施例偏振無關(guān)型硅基光隔離裝置，包括：兩個(gè)偏振分束轉(zhuǎn)換器和兩個(gè)磁 橫模TM模光隔離器；其中，所述兩個(gè)偏振分束轉(zhuǎn)換器分別與兩個(gè)所述TM模光隔離器連接； 所述TM模光隔離器位于所述兩個(gè)偏振分束轉(zhuǎn)換器之間；所述兩個(gè)偏振分束轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu) 對稱設(shè)置；所述偏振分束轉(zhuǎn)換器用于將入射光分成電橫模TE模和TM模，并在所述TE模和 所述TM模之間互相轉(zhuǎn)化；所述TM模光隔離器包括設(shè)置在襯底上的兩段平行的硅線波導(dǎo)，所 述波導(dǎo)上附有磁光材料；所述TM模光隔離器用于通過正向傳播的入射光，并隔離反向傳播 的入射光，實(shí)現(xiàn)了偏振無關(guān)的高隔離度、帶寬大、工作穩(wěn)定的光隔離裝置，且器件尺寸小、工 藝相對簡單，以解決現(xiàn)有技術(shù)的制作工藝較復(fù)雜，且改變了入射光的模式的問題。
[0155] 圖13為本發(fā)明光模塊實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖13所示，本實(shí)施例的光模塊130， 至少包括如光隔離裝置實(shí)施例所述的任一光隔離裝置和激光器，所述激光器用于產(chǎn)生所述 TE模信號光，所述光隔離裝置用于對所述TE模信號光進(jìn)行光隔離。
[0156] 所述激光器還用于產(chǎn)生所述TE模信號光和所述TM模信號光的混合光，所述光隔 離裝置用于對所述TE模信號光和所述TM模信號光的混合光進(jìn)行光隔離。
[0157] 本實(shí)施例中的光隔離裝置，可以采用如光隔離裝置實(shí)施例中任一所述的光隔離裝 置實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)原理和技術(shù)效果類似，此處不再贅述。
[0158] 圖14為本發(fā)明光隔離方法實(shí)施例的流程圖，如圖14所示，本實(shí)施例的方法可以包 括：
[0159] 步驟1401、將所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)門M模信號光，并將所述TM模信號光通過TM 模光隔離器的輸入端傳輸給所述TM模光隔離器；
[0160] 步驟1402、所述TM模光隔離器接收所述TM模信號光將所述TM模信號光通過所述 TM模光隔離器的輸出端輸出；
[0161] 步驟1403、將自所述TM模光隔離器的輸出端輸出的所述TM模信號光還原為所述 TE模信號光并輸出；
[0162] 步驟1404、將輸出的所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)樗鯰M模信號光，并將所述TM模信 號光通過TM模光隔離器的輸出端傳輸給所述TM模光隔離器，所述TM模光隔離器阻斷所述 TM模信號光的傳輸。
[0163] 可選地，所述將所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)門M模信號光，具體包括：
[0164] 將所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)門E1階模信號光，并將所述TE1階模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)樗?TM模信號光。
[0165] 可選地，所述將所述TM模信號光還原為所述TE模信號光并輸出，包括：
[0166] 所述將所述TM模信號光還原為所述TE1階模信號光，并將所述TE1階模信號光還 原為所述TE模信號光。
[0167] 本實(shí)施例的方法，可以采用如光隔離裝置實(shí)施例中任一所述的光隔離裝置實(shí)現(xiàn)， 其實(shí)現(xiàn)原理和技術(shù)效果類似，此處不再贅述。
[0168] 最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制； 盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其 依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征 進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技 術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種光隔離裝置，其特征在于，包括： 第一偏振分束轉(zhuǎn)換器、第二偏振分束轉(zhuǎn)換器、橫磁TM模光隔離器，所述第一偏振分束 轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述TM模光隔離器的輸入端連接，所述TM模光隔離器的輸出端與所述 第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸入端連接； 所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器用于接收橫電TE模信號光，將所述TE模信號光轉(zhuǎn)換為TM模 信號光，并將所述TM模信號光從所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端傳輸給所述TM模光隔 離器； 所述TM模光隔離器用于自所述TM模光隔離器的輸入端接收來自所述第一偏振分束轉(zhuǎn) 換器的所述TM模信號光，并將所述TM模信號光通過所述TM模光隔離器的輸出端傳輸給所 述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器； 所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器用于自所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸入端接收來自所述TM 模光隔離器的所述TM模信號光，將所述TM模信號光還原為所述TE模信號光，并將所述TE 模信號光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端輸出，所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器還用于接收 從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸出端輸入的所述TE模信號光，將所述TE模信號光轉(zhuǎn)換為 所述TM模信號光，并將所述TM模信號光從所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器的輸入端傳輸給所述 TM模光隔離器的輸出端； 所述TM模光隔離器還用于阻斷自所述TM模光隔離器的輸出端輸入的所述TM模信號 光通過。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第一偏振分束轉(zhuǎn)換器包括第一光波導(dǎo)、第二光波導(dǎo)和第三光波導(dǎo)，所述第一光波 導(dǎo)的TE模的有效折射率和所述第二光波導(dǎo)的TE1階模的有效折射率相等，且所述第一光波 導(dǎo)和所述第二光波導(dǎo)的間距位于〇. 2 μ m到0. 35 μ m的范圍內(nèi)； 所述第一光波導(dǎo)用于接收所述TE模信號光，并將所述TE模信號光耦合到所述第二光 波導(dǎo)，所述TE模信號光耦合到所述第二光波導(dǎo)后轉(zhuǎn)化為TE1階模信號光； 所述第二光波導(dǎo)用于將所述TE1階模信號光傳輸?shù)剿龅谌獠▽?dǎo)； 所述第三光波導(dǎo)的輸入端與所述第二光波導(dǎo)連接，輸出端與所述TM模光隔離器連接， 所述第三光波導(dǎo)用于將所述TE1階模信號光轉(zhuǎn)變成為所述TM模信號光，并將所述TM模信 號光傳輸給所述TM模光隔離器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第一光波導(dǎo)的寬度位于〇. 36 μ m到0. 39 μ m的范圍內(nèi)； 所述第二光波導(dǎo)的寬度位于〇. 73 μ m到0. 8 μ m的范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第一光波導(dǎo)的寬度在所述第一光波導(dǎo)的整體長度方向上是相等的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項(xiàng)所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第二光波導(dǎo)的寬度在所述第二光波導(dǎo)的整體長度方向上是相等的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5任一項(xiàng)所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第三光波導(dǎo)的上包層為空氣； 所述第三光波導(dǎo)的輸入端的寬度與所述第二光波導(dǎo)的寬度相等； 所述第三光波導(dǎo)的輸出端的寬度位于〇. 38 μ m到0. 6 μ m的范圍內(nèi)； 所述第三光波導(dǎo)的長度位于40 μ m到60 μ m的范圍內(nèi)，所述第三光波導(dǎo)從所述第三光 波導(dǎo)的輸入端到所述第三光波導(dǎo)的輸出端的寬度的變化趨勢為越來越小。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第三光波導(dǎo)從所述第三光波導(dǎo)的輸入端到所述第三光波導(dǎo)的輸出端的寬度的變 化趨勢為均勻變小。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2至7任一項(xiàng)所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第二偏振分束轉(zhuǎn)換器包括第四光波導(dǎo)、第五光波導(dǎo)和第六光波導(dǎo)； 所述第四光波導(dǎo)的輸入端與所述TM模光隔離器連接，輸出端與所述第五光波導(dǎo)連接， 所述第四光波導(dǎo)用于將所述TM模信號光轉(zhuǎn)變成為所述TE1階模信號光，并將所述TE1階模 信號光傳輸給所述第五光波導(dǎo)； 所述第五光波導(dǎo)的TE1階模的有效折射率和所述第六光波導(dǎo)的TM模的有效折射率相 等，所述第五光波導(dǎo)和所述第六光波導(dǎo)的間距位于0. 2 μ m到0. 35 μ m的范圍內(nèi)； 所述第五光波導(dǎo)用于接收所述TE1階模信號光，并將所述TE1階模信號光耦合到所述 第六光波導(dǎo)，所述TE1階模信號光耦合到所述第六光波導(dǎo)后還原為所述TE模信號光；所述 第六光波導(dǎo)用于將所述TE模信號光輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第五光波導(dǎo)的寬度在0. 73 μ m到0. 8 μ m之間； 所述第六光波導(dǎo)的寬度在〇. 36 μ m到0. 39 μ m之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第五光波導(dǎo)的寬度沿所述第五光波導(dǎo)的長度方向上是相等的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10任一項(xiàng)所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第六光波導(dǎo)的寬度沿所述第六光波導(dǎo)的長度方向上是相等的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8至11任一項(xiàng)所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第四光波導(dǎo)的上包層為空氣； 所述第四光波導(dǎo)的輸入端的寬度位于〇. 38 μ m到0. 6 μ m的范圍內(nèi)； 所述第四光波導(dǎo)的輸出端的寬度與所述第五光波導(dǎo)的寬度相等； 所述第四光波導(dǎo)的長度位于40 μ m到60 μ m的范圍內(nèi)，所述第四光波導(dǎo)從所述第四光 波導(dǎo)的輸入端到所述第四光波導(dǎo)的輸出端的寬度的變化趨勢為越來越大。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光隔離裝置，其特征在于： 所述第四光波導(dǎo)從所述第四光波導(dǎo)的輸入端到所述第四光波導(dǎo)的輸出端的寬度的變 化趨勢為均勻變大。
14. 一種光模塊，其特征在于，至少包括如權(quán)利要求1至13任一項(xiàng)所述的光隔離裝置和 激光器，所述激光器用于產(chǎn)生所述TE模信號光，所述光隔離裝置用于對所述TE模信號光進(jìn) 行光隔離。
15. -種光隔離方法，其特征在于： 將所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)門M模信號光，并將所述TM模信號光通過TM模光隔離器的 輸入端傳輸給所述TM模光隔離器； 所述TM模光隔離器接收所述TM模信號光，并將所述TM模信號光通過所述TM模光隔 離器的輸出端輸出； 將自所述TM模光隔離器的輸出端輸出的所述TM模信號光還原為所述TE模信號光并 輸出； 將輸出的所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)樗鯰M模信號光，并將所述TM模信號光通過所述TM 模光隔離器的輸出端傳輸給所述TM模光隔離器，所述TM模光隔離器阻斷所述TM模信號光 的傳輸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的光隔離方法，其特征在于，所述將所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)?TM模信號光，具體包括： 將所述TE模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)門E1階模信號光，并將所述TE1階模信號光轉(zhuǎn)變?yōu)樗鯰M 模信號光。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的光隔離方法，其特征在于，所述將所述TM模信號光還 原為所述TE模信號光并輸出，包括： 所述將所述TM模信號光還原為所述TE1階模信號光，并將所述TE1階模信號光還原為 所述TE模信號光。
【文檔編號】G02B27/28GK104090375SQ201410371290
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】孫敏, 朱以勝, 郭敬書 申請人:華為技術(shù)有限公司, 華中科技大學(xué)