分束器及量子光源的制作方法

本发明涉及光学元器件领域，特别涉及一种分束器及量子光源。

背景技术：

1、随着平面光波导集成器件技术的日益发展，单片集成器中集成的部件数量快速地增加，集成系统复杂度迅速地提高。平面光波导集成器通常包括分束器，分束器是可将一束光分成两束光或多束光的光学装置。

2、分束器可以级联在功能性集成器件之前，用于对入射光信号的偏振态进行调控。目前，分束器的尺寸偏大，难以满足高精度集成需求。光波在分束器传输过程中损耗较大，透过率偏低。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中光波在分束器传输过程中损耗较大，透过率偏低的上述缺陷，提供一种分束器及量子光源。

2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

3、一种分束器，所述分束器包括：输入波导段、锥形波导段、第一耦合波导段、第一分离波导段、第一输出波导段、第二耦合波导段、第二分离波导段及第二输出波导段，所述输入波导段自第一方向延伸至第二方向，所述输入波导段在第二方向的折射率大于所述输入波导段在第一方向的折射率；所述锥形波导段的小端与所述输入波导段相连通；所述第一耦合波导段与所述锥形波导段的大端相连通；所述第一输出波导段通过所述第一分离波导段与所述第一耦合波导段相连通，所述第一分离波导段的宽度沿输入光波传播的方向变小；所述第一输出波导段自第二方向延伸至第一方向；所述第二耦合波导段与所述第一耦合波导段间隔设置；所述第二输出波导段通过所述第二分离波导段与所述第二耦合波导段相连通；所述第二分离波导段的宽度沿输入光波传播的方向变小；所述第二输出波导段自第二方向延伸至第一方向。

4、在本方案中，通过采用以上结构，通过在第一耦合波导段和第一输出波导段之间设置第一分离波导段、第二耦合波导段和第二输出波导段之间设置第二分离波导段，从而输入光波中的te偏振基模可以高效地通过第一分离波导段及第一输出波导段，输入光波中tm偏振基模转换的te偏振高阶模可以高效地通过第一耦合波导段、第二耦合波导段、第一分离波导段和第二分离波导段转换为te偏振基模。第一分离波导段可以避免te偏振高阶模射入第二输出波导段，第二分离波导段可以阻止te偏振高阶模转换的te偏振基模射入第一输出波导段。进而可以实现入射光波中tm偏振基模的高效地转换为te偏振基模，以及从第二输出波导段输出；可以实现入射光波中te偏振基模和tm偏振基模的分束和高效率通过。通过将输入波导段设置为自第一方向延伸至第二方向，并且第二方向上的折射率大于第一方向，从而可以极大地缩短锥形波导段、第一耦合波导段、第二耦合波导段的长度，进而可以缩短分束器的长度，使得分束器的长度从数毫米降至数百微米。第一输出波导段、第二输出波导段自第二方向延伸至第一方向，可以使分束器内的光波沿原输入方向继续传播。分束器在减小尺寸的同时，还可以实现光波的高效通过。

5、较佳地，所述第一分离波导段与所述第二分离波导段之间的距离沿输入光波传播的方向变大。

6、在本方案中，通过采用以上结构，第一分离波导段与第二分离波导段之间的距离沿输入光波传播的方向变大，可以进一步避免te偏振高阶模耦合回第一分离波导段，可以进一步阻止te偏振基模耦合至第二分离波导段，进而可以实现入射光波中tm偏振基模的滤除，可以实现入射光波中te偏振基模的分束及高效率透过。

7、较佳地，所述第一分离波导段的外侧边与所述第二波导段的外侧边之间的距离等于所述第一耦合波导段的外侧边与所述第二耦合波导段的外侧边之间的距离。

8、在本方案中，通过采用以上结构，可以减少光波损耗，可以提高透过率。较佳地，所述分束器还包括第三耦合波导段及第四耦合波导段，所述第三耦合波导段设于所述第一耦合波导段与所述第一输出波导段之间；所述第四耦合波导段与所述第三耦合波导段间隔设置。

9、在本方案中，通过采用以上结构，第三耦合波导段及第四耦合波导段可以进一步滤除杂光，减少杂光进入第一输出波导段，可以提高第一输出波导段的光波的纯度。

10、较佳地，所述第四耦合波导段的宽度小于所述第三耦合波导段的宽度；

11、和/或，所述第四耦合波导段的长度等于所述第三耦合波导段的长度；

12、和/或，所述第四耦合波导段的长度不大于光波中te偏振高阶模全部转化为te偏振基模的耦合长度。

13、在本方案中，通过采用以上结构，第四耦合波导段的长度不大于光波中te偏振高阶模全部转化为te偏振基模的耦合长度，从而可以更好地滤除te偏振高阶模。

14、较佳地，所述分束器还包括变宽波导段，所述变宽波导段的输入端与所述第一输出波导段相连通，所述变宽波导段的输入端的宽度与所述第一输出波导段的宽度相等，所述变宽波导段的输出端用于连通至后续波导，所述变宽波导段的输出端的宽度与所述后续波导的宽度相等；

15、和/或，所述变宽波导段的输入端与所述第二输出波导段相连通，所述变宽波导段的输入端的宽度与所述第二输出波导段的宽度相等，所述变宽波导段的输出端用于连通至后续波导，所述变宽波导段的输出端的宽度与所述后续波导的宽度相等。

16、在本方案中，通过采用以上结构，变宽波导段便于与后续波导相连通，可以减少光波损耗，提高透过率。

17、较佳地，所述输入波导段包括相连通的输入直线段及输入弯曲段，所述输入直线段沿第一方向延伸，所述输入弯曲段自第一方向延伸至第二方向；

18、和/或，第一输出波导段包括相连通的第一输出弯曲段及第一输出直线段，所述第一耦合波导段与所述第一输出弯曲段相连通，所述第一输出弯曲段自第二方向延伸至第一方向，所述第一输出直线段沿第一方向延伸；

19、和/或，第二输出波导段包括相连通的第二输出弯曲段及第二输出直线段，所述第二耦合波导段与所述第二输出弯曲段相连通，所述第二输出弯曲段自第二方向延伸至第一方向，所述第二输出直线段沿第一方向延伸。

20、在本方案中，通过采用以上结构，输入波导段设置为包括相连通的输入直线段及输入弯曲段，结构简单、便于制造。

21、第一输出波导段包括相连通的第一输出弯曲段及第一输出直线段、第二输出波导段包括相连通的第二输出弯曲段及第二输出直线段，结构简单、便于制造。

22、所述输入波导段能够使输入光波中的tm偏振基模无损通过。

23、在本方案中，通过采用以上结构，可以降低光波损耗，提高透过率。

24、较佳地，所述分束器的波导材料为铌酸锂，所述第一方向为所述铌酸锂的y向，所述第二方向为所述铌酸锂的z向。

25、在本方案中，通过采用以上结构，分束器采用铌酸锂波导，可以极大的缩短分束器的长度，提高透过率。

26、较佳地，所述分束器的波导材料包括各向异性材料；

27、和/或，所述第一耦合波导的宽度与所述第二耦合波导段的宽度不同。

28、一种量子光源，所述量子光源包括如上所述的分束器。

29、在本方案中，通过采用以上结构，量子光源包括如上的分束器，可以减小量子光源的尺寸，提高量子光源的光波传输效率。

30、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

31、本发明的积极进步效果在于：

32、本发明通过在第一耦合波导段和第一输出波导段之间设置第一分离波导段、第二耦合波导段和第二输出波导段之间设置第二分离波导段，从而输入光波中的te偏振基模可以高效地通过第一分离波导段及第一输出波导段，输入光波中tm偏振基模转换的te偏振高阶模可以高效地通过第一耦合波导段、第二耦合波导段、第一分离波导段和第二分离波导段转换为te偏振基模。第一分离波导段可以避免te偏振高阶模射入第二输出波导段，第二分离波导段可以阻止te偏振高阶模转换的te偏振基模射入第一输出波导段。进而可以实现入射光波中tm偏振基模的高效地转换为te偏振基模，以及从第二输出波导段输出；可以实现入射光波中te偏振基模和tm偏振基模的分束和高效率通过。通过将输入波导段设置为自第一方向延伸至第二方向，并且第二方向上的折射率大于第一方向，从而可以极大地缩短锥形波导段、第一耦合波导段、第二耦合波导段的长度，进而可以缩短分束器的长度，使得分束器的长度从数毫米降至数百微米。第一输出波导段、第二输出波导段自第二方向延伸至第一方向，可以使分束器内的光波沿原输入方向继续传播。分束器在减小尺寸的同时，还可以实现光波的高效通过。