光学偏振变换器及其制作方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201310374450.2	申请日：	2013.08.23
公开号：	CN103424893A	公开日：	2013.12.04
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G02F 1/01申请日:20130823\|\|\|公开
IPC分类号：	G02F1/01; G02B6/13	主分类号：	G02F1/01
申请人：	西安电子科技大学
发明人：	王军利; 谢阳; 朱江峰; 魏志义
地址：	710071 陕西省西安市太白南路2号
优先权：
专利代理机构：	陕西电子工业专利中心 61205	代理人：	田文英;王品华
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内容摘要

本发明公开了一种光学偏振变换器及其制作方法，本发明的光学偏振变换器包括偏振分束器、第一个半波片、、第二个半波片、偏振合束器，该器件是一种热光型偏振变换器，通过改变二氧化硅光波导的温度来引入相位延迟单元，并通过可调节耦合器和相移器的组合器件对两束偏振光的光强进行任意比例分配，进而对光的偏振态进行实时精确变换。本发明的光学偏振变换器的制作方法包括：（1）切割硅晶片；（2）清洗硅晶片；（3）热氧化硅晶片；（4）直写光波导和微光子器件；（5）制作微薄膜加热电极。本发明具有损耗小、制作简单精确、集成化度高、驱动电压小、功耗小的优点，可以用于对光的偏振态进行实时精确变换。

权利要求书

1.  一种光学偏振变换器，包括基于硅基二氧化硅制作材料制成的均为三维2×2型的偏振分束器（1）、第一个半波片（2）、可调节耦合器和相移器的组合器件（3）、第二个半波片（4）、偏振合束器（5）；其中：
所述偏振分束器（1）位于光学偏振变换器的最左端，用以将任意偏振态的入射光分解为两束偏振方向夹角为90°的线偏振光；
所述第一个半波片（2）与偏振分束器（1）通过光波导相连，用以将偏振分束器（1）输出的两束偏振方向夹角为90°的线偏振光转换为两束偏振方向相同的线偏振光；
所述可调谐耦合器和相移器的组合器件（3）通过光波导分别与偏振分束器（1）和第一个半波片（2）相连，用以对两束偏振方向相同的线偏振光的光强进行任意比例分配；
所述第二个半波片（4）可调谐耦合器和相移器的组合器件（3）通过光波导相连，用以将入射进第二个半波片（4）的线偏振光的偏振方向旋转90°，第二个半波片（4）输出的线偏振光与第一个半波片（2）输出的线偏振光的偏振方向夹角为90°；
所述偏振合束器（5）位于光学偏振变换器的最右端，偏振合束器（5）通过光波导分别与可调谐耦合器和相移器的组合器件（3）和第二个半波片（4）相连，用以将从第二个半波片（4）和可调谐耦合器和相移器的组合器件（3）输出的两束线偏振光合成一束任意所需偏振态的光。

2.  一种光学偏振变换器制作方法，包括如下步骤：
（1）切割硅晶片：
采用激光切割技术，按照制作光学偏振器所需的大小切割硅晶片；
（2）清洗硅晶片：
采用化学清洗的方法，清洗切割后的硅晶片表面的污垢；
（3）热氧化硅晶片：
采用热氧化技术，在二氧化硅管式炉中对清洗后的硅晶片的单面进行局部热氧化,获得硅基二氧化硅；
（4）直写光波导和微光子器件：
4a)将热氧化后的硅晶片固定在三维电动平移台上，硅晶片的热氧化面朝上；
4b)调节可变衰减器，使飞秒激光脉冲的能量衰减至最佳能量范围；
4c)调节显微物镜，使飞秒激光脉冲垂直聚焦于硅基二氧化硅中的二氧化硅层的内部；
4d)设定计算机中的内置驱动程序参数；
4e)计算机控制三维电动平移台运动，使三维电动平移台以步骤4c)中设定的参数在垂直于聚焦光束传播方向的平面内运动，完成直写光波导、可调节耦合器、偏振分束器、第一个半波片、第二个半波片、偏振合束器；
（5）制作微薄膜加热电极：
5a)计算微薄膜加热电极的长度；
5b)在可调节耦合器中的任意一个传输波导正上方，采用溅射镀膜的方法，制作微薄膜加热电极，获得可调节耦合器和相移器的组合器件。

3.  根据权利要求2所述的一种光学偏振变换器制作方法，其特征在于，步骤4c）中所述的飞秒激光脉冲垂直聚焦于硅基二氧化硅中的二氧化硅层的内部的深度为10～100μm。

4.  根据权利要求2所述的一种光学偏振变换器制作方法，其特征在于，步骤4b）中所述的最佳能量范围为200～400nJ。

5.  根据权利要求2所述的一种光学偏振变换器制作方法，其特征在于，步骤5a）中所述的微薄膜加热电极的长度按照以下公式计算得到：
L=λΔφ2πΔT(dndT)-1]]>
其中，L表示微薄膜加热电极的长度，λ表示光学偏振变换器的工作波长，Δφ表示可调谐耦合器和相移器的组合器件中两个路光之间的相位差，ΔT表示微薄膜加热电极加热相移器中的光波导获得的温度升高值，表示二氧化硅的折射率n对二氧化硅的温度T求导，其值为二氧化硅的热光系数。

说明书

光学偏振变换器及其制作方法
技术领域
本发明属于电子技术领域，更进一步涉及微电子领域中光学元件制作技术的一种光学偏振变换器及其制作方法。本发明所提供的光学偏振变换器可用于光学偏振态的实时、精确变换。本发明的制作方法为偏振变换器和其他光电子器件的集成，提供了一种利用飞秒脉冲在硅基二氧化硅光子波导中直接写入和实现偏振变换器所需波导和微光学器件的简单、快速、造价低廉、制作精度高的方法。
背景技术
光纤通信系统中多个光器件的偏振相关损耗和多级掺铒放大器中的偏振相关增益的累积会产生严重的功率代价。在长距离波分复用光纤传输系统和可重构的光时分复用系统中，当光信号传输速度超过40Gb/S时，偏振模色散成为限制光信号传输质量的瓶颈之一。传统光学偏振变换器大多数是通过光学介质的电光效应、弹光效应、磁光效应和热光效应对材料的折射率的调制实现偏振变换。
电子科技大学提出的专利申请“一种偏振控制器”(申请号201110262016.4申请公布号CN1023140042A)公开了一种偏振控制器，包括光导入装置、偏振器、光导出装置、旋转磁光光纤结构和磁控装置。该偏振控制器利用磁光材料制成的旋转光纤结构，并利用磁控装置对旋转光纤结构进行控制，能够调节入射光的椭圆率和方位角的变化。该器件存在的不足之处是：其一，偏振控制器中变化的磁场会对穿过磁场的偏振光产生很大的散射损耗；其二，集成化度低。
C.K.Madsen等人在论文“Reset-Free Integrated Polarization Controller Using Phase Shifters”（IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS,VOLUME11,NUMER2,MARCH/APRIL2005）一文中提出了一种利用相移器制成的免复位的集成化偏振变换器。该器件是由偏振分束器、半波片、基本路径的偏振模式变换器组成。该器件是一种热光型偏振变换器，通过改变温度来引入相位延迟单元，进而对光的偏振态进行控制。该器件存在的不足之处是：其一，该器件采用在硅中掺入锗来实现光波导，所需要的技术工艺复杂；其二，在硅中掺入锗会引起光的散射效应，增加器件的插入损耗；其三，基本路径的偏振模式变换器的组成器件复杂，会引起很大的插入损耗，集成化度低；
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种光学偏振变换器及其制作方法。
实现本发明目的的思路是，本发明的光学偏振变换器是一种热光型偏振变换器，通过改变二氧化硅光波导的温度来引入相位延迟单元，并通过可调节耦合器和相移器的组合器件对两束偏振光的光强进行任意比例分配，进而对光的偏振态进行实时精确变换。
本发明的光学偏振变换器包括基于硅基二氧化硅制作材料制成的均为三维2×2型的偏振分束器、第一个半波片、可调节耦合器和相移器的组合器件、第二个半波片、偏振合束器。
偏振分束器位于光学偏振变换器的最左端，用以将任意偏振态的入射光分解为两束偏振方向夹角为90°的线偏振光。
第一个半波片与偏振分束器通过光波导相连，用以将偏振分束器输出的两束线偏振光转换为两束偏振方向相同的线偏振光。
可调谐耦合器和相移器的组合器件通过光波导分别与偏振分束器和第一个半波片相连，用以对两束偏振方向相同的线偏振光的光强进行任意比例分配。
第二个半波片与可调谐耦合器和相移器的组合器件通过光波导相连，用以将入射进第二个半波片的线偏振光的偏振方向旋转90°，第二个半波片输出的线偏振光与第一个半波片输出的线偏振光的偏振方向夹角为90°。
偏振合束器位于光学偏振变换器的最右端，偏振合束器通过光波导分别与可调谐耦合器和相移器的组合器件和第二个半波片相连，用以将从第二个半波片和可调谐耦合器和相移器的组合器件输出的两束线偏振光合成一束任意所需偏振态的光。
本发明的制作方法，包括如下步骤：
（1）切割硅晶片：
采用激光切割技术，按照制作光学偏振器所需的大小切割硅晶片。
（2）清洗硅晶片：
采用化学清洗的方法，清洗切割后的硅晶片表面的污垢。
（3）热氧化硅晶片：
采用热氧化技术，在二氧化硅管式炉中对清洗后的硅晶片的单面进行局部热氧化,获得硅基二氧化硅。
（4）直写光波导和微光子器件：
4a)将热氧化后的硅晶片固定在三维电动平移台上，硅晶片的热氧化面朝上；
4b)调节显微物镜，使飞秒激光脉冲垂直聚焦于硅基二氧化硅中的二氧化硅层的内部；
4c)设定计算机中的内置驱动程序参数；
4d)调节可变衰减器，使飞秒激光脉冲的能量衰减至最佳能量范围；
4e)计算机控制三维电动平移台运动，使三维电动平移台以步骤4c)中设定的参数在垂直于聚焦光束传播方向的平面内运动，完成直写光波导、可调节耦合器、偏振分束器、第一个半波片、第二个半波片、偏振合束器。
（5）制作微薄膜加热电极：
5a)计算微薄膜加热电极的长度；
5b)在可调节耦合器中的任意一个传输波导正上方，采用溅射镀膜的方法，制作微薄膜加热电极，获得可调节耦合器和相移器的组合器件。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，由于本发明采用飞秒激光脉冲直写技术在二氧化硅中制作光波导，克服了现有技术中利用掺锗元素改变介质折射率的方法来制作光波导带来的制作工艺复杂、散射损耗大的缺点，使得本发明具有损耗小、制作工艺简单、制作精度高的优点。
第二，由于本发明采用飞秒激光脉冲直写技术在硅基二氧化硅中制作偏振变换器，克服了现有技术的结构复杂、插入损耗大、集成度低的缺点，使得本发明具有集成度高、结构简单、损耗小的优点。
附图说明
图1为本发明偏振变换器的结构示意图；
图2为本发明光学偏振变换器制作方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
参照附图1，本发明光学偏振变换器，包括基于硅基二氧化硅制作材料制成的均为三维2×2型的偏振分束器1、第一个半波片2、可调节耦合器和相移器的组合器件3、第二个半波片4、偏振合束器5。
偏振分束器1位于光学偏振变换器的最左端，任意偏振态的入射光通过偏振分束器1被分解成两束偏振方向夹角为90°的线偏振光。
第一个半波片2与偏振分束器1通过光波导相连，从偏振分束器1输出的两束线偏振光中的任意一束通过光波导入射到第一个半2波片中，从第一半波片2输出的线偏振光的偏振方向与另外一束线偏光的偏振方向相同。
可调节耦合器和相移器的组合器件3通过光波导分别与偏振分束器1和第一个半波片2相连，两束偏振方向相同的线偏光通过光波导入射到可调节耦合器和相移器的组合器件3中，通过相干干涉和相对相位调制对两束线偏振光的光强进行任意比例分配。
第二个半波片4通过光波导与可调谐耦合器和相移器的组合器件3相连，从可调节耦合器和相移器的组合器件3中输出的两束光中一束线偏振光通过光波导入射到第二个半波片4中，该束线偏振光的偏振方向与入射到第一半波片2中的线偏振光的偏振方向的夹角为90°，第二个半波片4将入射的线偏振光的偏振方向旋转90°，从第二个半波片4输出的线偏光的偏振态与另外一束偏振方向的夹角为90°。
偏振合束器5位于光学偏振变换器的最右端，通过光波导分别与可调谐耦合器和相移器的组合器件3和第二个半波片4相连，用以将从第二个半波片4和可调谐耦合器和相移器的组合器件3输出的两束线偏振光合成一束任意所需偏振态的光。
参照附图2，对本发明的实现方法做进一步的描述。
步骤1，切割硅晶片。
采用激光切割技术切割硅晶片，获得大小为1×1cm²，厚度2mm的硅晶片；
步骤2，清洗硅晶片。
采用化学清洗的方法，清洗切割后的硅晶片表面的污垢；
步骤3，热氧化硅晶片。
将清洗后的硅晶片的单面在二氧化硅管式炉中进行局部热氧化,获得硅基二氧化硅；二氧化硅的厚度与氧化的时间近似成线性关系，可以通过氧化时间来判断二氧化硅的厚度。
步骤4，直写光波导和微光子器件。
将热氧化后的硅晶片固定在三维电动平移台上，硅晶片的热氧化面朝上；三维微加工平台由计算机自动控制可在X、Y和Z方向精密移动，其移动精度可达500nm/s；用可变衰减器将钛宝石放大器输出的最大单脉冲能量为1mJ、脉冲宽度为50fs和重复频率为1kHz的高能量飞秒激光脉冲进行衰减，获得200nJ的脉冲能量；用数值孔径为0.5、放大倍数为50×的显微物镜将衰减后的高能量飞秒激光脉冲聚焦于硅基二氧化硅中的二氧化硅层表面以下10μm深度处，并通过计算机内置的驱动程序控制三维移动平台移动的速度、方向、长度，直写光波导、可调节耦合器、偏振分束器、第一个半波片、第二个半波片、偏振合束器。
步骤5，制作微薄膜加热电极。
在可调节耦合器中的任意一个传输波导正上方，采用溅射镀膜的方法，制作材料为铬或铝的微薄膜加热电极，获得可调节耦合器和相移器的组合器件。微薄膜加热电极的长度的通过以下公式计算得到：
L=λΔφ2πΔT(dndT)-1]]>
其中，L表示微薄膜加热电极的长度，λ表示光学偏振变换器的工作波长，大小为1500nm，Δφ表示可调谐耦合器和相移器的组合器件中两个路光之间的相位差，ΔT表示微薄膜加热电极加热相移器中的光波导获得的温度升高值，表示二氧化硅的折射率n对二氧化硅的温度T求导，其值为二氧化硅的热光系数，大小为1×10^-5K^-1。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 103424893 A(43)申请公布日 2013.12.04CN103424893A*CN103424893A*(21)申请号 201310374450.2(22)申请日 2013.08.23G02F 1/01(2006.01)G02B 6/13(2006.01)(71)申请人西安电子科技大学地址 710071 陕西省西安市太白南路2号(72)发明人王军利谢阳朱江峰魏志义(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心 61205代理人田文英王品华(54) 发明名称光学偏振变换器及其制作方法(57) 摘要本发明公开了一种光学偏振变换器及其制作方法，本发明的光学偏振变。

2、换器包括偏振分束器、第一个半波片、第二个半波片、偏振合束器，该器件是一种热光型偏振变换器，通过改变二氧化硅光波导的温度来引入相位延迟单元，并通过可调节耦合器和相移器的组合器件对两束偏振光的光强进行任意比例分配，进而对光的偏振态进行实时精确变换。本发明的光学偏振变换器的制作方法包括：（1）切割硅晶片；（2）清洗硅晶片；（3）热氧化硅晶片；（4）直写光波导和微光子器件；（5）制作微薄膜加热电极。本发明具有损耗小、制作简单精确、集成化度高、驱动电压小、功耗小的优点，可以用于对光的偏振态进行实时精确变换。(51)Int.Cl.权利要求书2页说明书4页附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(1。

3、2)发明专利申请权利要求书2页说明书4页附图1页(10)申请公布号 CN 103424893 ACN 103424893 A1/2页21.一种光学偏振变换器，包括基于硅基二氧化硅制作材料制成的均为三维22型的偏振分束器（1）、第一个半波片（2）、可调节耦合器和相移器的组合器件（3）、第二个半波片（4）、偏振合束器（5）；其中：所述偏振分束器（1）位于光学偏振变换器的最左端，用以将任意偏振态的入射光分解为两束偏振方向夹角为90的线偏振光；所述第一个半波片（2）与偏振分束器（1）通过光波导相连，用以将偏振分束器（1）输出的两束偏振方向夹角为90的线偏振光转换为两束偏振方向相同的线偏振光；所述可。

4、调谐耦合器和相移器的组合器件（3）通过光波导分别与偏振分束器（1）和第一个半波片（2）相连，用以对两束偏振方向相同的线偏振光的光强进行任意比例分配；所述第二个半波片（4）可调谐耦合器和相移器的组合器件（3）通过光波导相连，用以将入射进第二个半波片（4）的线偏振光的偏振方向旋转90，第二个半波片（4）输出的线偏振光与第一个半波片（2）输出的线偏振光的偏振方向夹角为90；所述偏振合束器（5）位于光学偏振变换器的最右端，偏振合束器（5）通过光波导分别与可调谐耦合器和相移器的组合器件（3）和第二个半波片（4）相连，用以将从第二个半波片（4）和可调谐耦合器和相移器的组合器件（3）输出的两束线偏振光合成一。

5、束任意所需偏振态的光。2.一种光学偏振变换器制作方法，包括如下步骤：（1）切割硅晶片：采用激光切割技术，按照制作光学偏振器所需的大小切割硅晶片；（2）清洗硅晶片：采用化学清洗的方法，清洗切割后的硅晶片表面的污垢；（3）热氧化硅晶片：采用热氧化技术，在二氧化硅管式炉中对清洗后的硅晶片的单面进行局部热氧化,获得硅基二氧化硅；（4）直写光波导和微光子器件：4a)将热氧化后的硅晶片固定在三维电动平移台上，硅晶片的热氧化面朝上；4b)调节可变衰减器，使飞秒激光脉冲的能量衰减至最佳能量范围；4c)调节显微物镜，使飞秒激光脉冲垂直聚焦于硅基二氧化硅中的二氧化硅层的内部；4d)设定计算机中的内置驱动程序参数；。

6、4e)计算机控制三维电动平移台运动，使三维电动平移台以步骤4c)中设定的参数在垂直于聚焦光束传播方向的平面内运动，完成直写光波导、可调节耦合器、偏振分束器、第一个半波片、第二个半波片、偏振合束器；（5）制作微薄膜加热电极：5a)计算微薄膜加热电极的长度；5b)在可调节耦合器中的任意一个传输波导正上方，采用溅射镀膜的方法，制作微薄膜加热电极，获得可调节耦合器和相移器的组合器件。3.根据权利要求2所述的一种光学偏振变换器制作方法，其特征在于，步骤4c）中所述的飞秒激光脉冲垂直聚焦于硅基二氧化硅中的二氧化硅层的内部的深度为10100m。权利要求书CN 103424893 A2/2页34.根据。

7、权利要求2所述的一种光学偏振变换器制作方法，其特征在于，步骤4b）中所述的最佳能量范围为200400nJ。5.根据权利要求2所述的一种光学偏振变换器制作方法，其特征在于，步骤5a）中所述的微薄膜加热电极的长度按照以下公式计算得到：其中，L表示微薄膜加热电极的长度，表示光学偏振变换器的工作波长，表示可调谐耦合器和相移器的组合器件中两个路光之间的相位差，T表示微薄膜加热电极加热相移器中的光波导获得的温度升高值，表示二氧化硅的折射率n对二氧化硅的温度T求导，其值为二氧化硅的热光系数。权利要求书CN 103424893 A1/4页4光学偏振变换器及其制作方法技术领域0001 本发明属于电子技术。

8、领域，更进一步涉及微电子领域中光学元件制作技术的一种光学偏振变换器及其制作方法。本发明所提供的光学偏振变换器可用于光学偏振态的实时、精确变换。本发明的制作方法为偏振变换器和其他光电子器件的集成，提供了一种利用飞秒脉冲在硅基二氧化硅光子波导中直接写入和实现偏振变换器所需波导和微光学器件的简单、快速、造价低廉、制作精度高的方法。背景技术0002 光纤通信系统中多个光器件的偏振相关损耗和多级掺铒放大器中的偏振相关增益的累积会产生严重的功率代价。在长距离波分复用光纤传输系统和可重构的光时分复用系统中，当光信号传输速度超过40Gb/S时，偏振模色散成为限制光信号传输质量的瓶颈之一。传统光学偏振变换器大多。

9、数是通过光学介质的电光效应、弹光效应、磁光效应和热光效应对材料的折射率的调制实现偏振变换。0003 电子科技大学提出的专利申请“一种偏振控制器”(申请号201110262016.4申请公布号CN1023140042A)公开了一种偏振控制器，包括光导入装置、偏振器、光导出装置、旋转磁光光纤结构和磁控装置。该偏振控制器利用磁光材料制成的旋转光纤结构，并利用磁控装置对旋转光纤结构进行控制，能够调节入射光的椭圆率和方位角的变化。该器件存在的不足之处是：其一，偏振控制器中变化的磁场会对穿过磁场的偏振光产生很大的散射损耗；其二，集成化度低。0004 C.K.Madsen等人在论文“Reset-Free I。

10、ntegrated Polarization Controller Using Phase Shifters”（IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS,VOLUME11,NUMER2,MARCH/APRIL2005）一文中提出了一种利用相移器制成的免复位的集成化偏振变换器。该器件是由偏振分束器、半波片、基本路径的偏振模式变换器组成。该器件是一种热光型偏振变换器，通过改变温度来引入相位延迟单元，进而对光的偏振态进行控制。该器件存在的不足之处是：其一，该器件采用在硅中掺入锗来实现光波导，所需要的技术工艺复杂；其二，在硅中掺入锗会。

11、引起光的散射效应，增加器件的插入损耗；其三，基本路径的偏振模式变换器的组成器件复杂，会引起很大的插入损耗，集成化度低；发明内容0005 本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种光学偏振变换器及其制作方法。0006 实现本发明目的的思路是，本发明的光学偏振变换器是一种热光型偏振变换器，通过改变二氧化硅光波导的温度来引入相位延迟单元，并通过可调节耦合器和相移器的组合器件对两束偏振光的光强进行任意比例分配，进而对光的偏振态进行实时精确变换。0007 本发明的光学偏振变换器包括基于硅基二氧化硅制作材料制成的均为三维22型的偏振分束器、第一个半波片、可调节耦合器和相移器的组合器件、第二个半波片、。

12、偏振说明书CN 103424893 A2/4页5合束器。0008 偏振分束器位于光学偏振变换器的最左端，用以将任意偏振态的入射光分解为两束偏振方向夹角为90的线偏振光。0009 第一个半波片与偏振分束器通过光波导相连，用以将偏振分束器输出的两束线偏振光转换为两束偏振方向相同的线偏振光。0010 可调谐耦合器和相移器的组合器件通过光波导分别与偏振分束器和第一个半波片相连，用以对两束偏振方向相同的线偏振光的光强进行任意比例分配。0011 第二个半波片与可调谐耦合器和相移器的组合器件通过光波导相连，用以将入射进第二个半波片的线偏振光的偏振方向旋转90，第二个半波片输出的线偏振光与第一个半波片输出。

13、的线偏振光的偏振方向夹角为90。0012 偏振合束器位于光学偏振变换器的最右端，偏振合束器通过光波导分别与可调谐耦合器和相移器的组合器件和第二个半波片相连，用以将从第二个半波片和可调谐耦合器和相移器的组合器件输出的两束线偏振光合成一束任意所需偏振态的光。0013 本发明的制作方法，包括如下步骤：0014 （1）切割硅晶片：0015 采用激光切割技术，按照制作光学偏振器所需的大小切割硅晶片。0016 （2）清洗硅晶片：0017 采用化学清洗的方法，清洗切割后的硅晶片表面的污垢。0018 （3）热氧化硅晶片：0019 采用热氧化技术，在二氧化硅管式炉中对清洗后的硅晶片的单面进行局部热氧化,获得硅基。

14、二氧化硅。0020 （4）直写光波导和微光子器件：0021 4a)将热氧化后的硅晶片固定在三维电动平移台上，硅晶片的热氧化面朝上；0022 4b)调节显微物镜，使飞秒激光脉冲垂直聚焦于硅基二氧化硅中的二氧化硅层的内部；0023 4c)设定计算机中的内置驱动程序参数；0024 4d)调节可变衰减器，使飞秒激光脉冲的能量衰减至最佳能量范围；0025 4e)计算机控制三维电动平移台运动，使三维电动平移台以步骤4c)中设定的参数在垂直于聚焦光束传播方向的平面内运动，完成直写光波导、可调节耦合器、偏振分束器、第一个半波片、第二个半波片、偏振合束器。0026 （5）制作微薄膜加热电极：0027 5a)计算。

15、微薄膜加热电极的长度；0028 5b)在可调节耦合器中的任意一个传输波导正上方，采用溅射镀膜的方法，制作微薄膜加热电极，获得可调节耦合器和相移器的组合器件。0029 本发明与现有技术相比具有以下优点：0030 第一，由于本发明采用飞秒激光脉冲直写技术在二氧化硅中制作光波导，克服了现有技术中利用掺锗元素改变介质折射率的方法来制作光波导带来的制作工艺复杂、散射损耗大的缺点，使得本发明具有损耗小、制作工艺简单、制作精度高的优点。0031 第二，由于本发明采用飞秒激光脉冲直写技术在硅基二氧化硅中制作偏振变换说明书CN 103424893 A3/4页6器，克服了现有技术的结构复杂、插入损耗大、集成度。

16、低的缺点，使得本发明具有集成度高、结构简单、损耗小的优点。附图说明0032 图1为本发明偏振变换器的结构示意图；0033 图2为本发明光学偏振变换器制作方法的流程图。具体实施方式0034 下面结合附图对本发明作进一步的描述。0035 参照附图1，本发明光学偏振变换器，包括基于硅基二氧化硅制作材料制成的均为三维22型的偏振分束器1、第一个半波片2、可调节耦合器和相移器的组合器件3、第二个半波片4、偏振合束器5。0036 偏振分束器1位于光学偏振变换器的最左端，任意偏振态的入射光通过偏振分束器1被分解成两束偏振方向夹角为90的线偏振光。0037 第一个半波片2与偏振分束器1通过光波导相连，从偏振分。

17、束器1输出的两束线偏振光中的任意一束通过光波导入射到第一个半2波片中，从第一半波片2输出的线偏振光的偏振方向与另外一束线偏光的偏振方向相同。0038 可调节耦合器和相移器的组合器件3通过光波导分别与偏振分束器1和第一个半波片2相连，两束偏振方向相同的线偏光通过光波导入射到可调节耦合器和相移器的组合器件3中，通过相干干涉和相对相位调制对两束线偏振光的光强进行任意比例分配。0039 第二个半波片4通过光波导与可调谐耦合器和相移器的组合器件3相连，从可调节耦合器和相移器的组合器件3中输出的两束光中一束线偏振光通过光波导入射到第二个半波片4中，该束线偏振光的偏振方向与入射到第一半波片2中的线偏振光的偏。

18、振方向的夹角为90，第二个半波片4将入射的线偏振光的偏振方向旋转90，从第二个半波片4输出的线偏光的偏振态与另外一束偏振方向的夹角为90。0040 偏振合束器5位于光学偏振变换器的最右端，通过光波导分别与可调谐耦合器和相移器的组合器件3和第二个半波片4相连，用以将从第二个半波片4和可调谐耦合器和相移器的组合器件3输出的两束线偏振光合成一束任意所需偏振态的光。0041 参照附图2，对本发明的实现方法做进一步的描述。0042 步骤1，切割硅晶片。0043 采用激光切割技术切割硅晶片，获得大小为11cm2，厚度2mm的硅晶片；0044 步骤2，清洗硅晶片。0045 采用化学清洗的方法，清洗切割后的硅。

19、晶片表面的污垢；0046 步骤3，热氧化硅晶片。0047 将清洗后的硅晶片的单面在二氧化硅管式炉中进行局部热氧化,获得硅基二氧化硅；二氧化硅的厚度与氧化的时间近似成线性关系，可以通过氧化时间来判断二氧化硅的厚度。0048 步骤4，直写光波导和微光子器件。0049 将热氧化后的硅晶片固定在三维电动平移台上，硅晶片的热氧化面朝上；三维微说明书CN 103424893 A4/4页7加工平台由计算机自动控制可在X、Y和Z方向精密移动，其移动精度可达500nm/s；用可变衰减器将钛宝石放大器输出的最大单脉冲能量为1mJ、脉冲宽度为50fs和重复频率为1kHz的高能量飞秒激光脉冲进行衰减，获得200n。

20、J的脉冲能量；用数值孔径为0.5、放大倍数为50的显微物镜将衰减后的高能量飞秒激光脉冲聚焦于硅基二氧化硅中的二氧化硅层表面以下10m深度处，并通过计算机内置的驱动程序控制三维移动平台移动的速度、方向、长度，直写光波导、可调节耦合器、偏振分束器、第一个半波片、第二个半波片、偏振合束器。0050 步骤5，制作微薄膜加热电极。0051 在可调节耦合器中的任意一个传输波导正上方，采用溅射镀膜的方法，制作材料为铬或铝的微薄膜加热电极，获得可调节耦合器和相移器的组合器件。微薄膜加热电极的长度的通过以下公式计算得到：0052 0053 其中，L表示微薄膜加热电极的长度，表示光学偏振变换器的工作波长，大小为1500nm，表示可调谐耦合器和相移器的组合器件中两个路光之间的相位差，T表示微薄膜加热电极加热相移器中的光波导获得的温度升高值，表示二氧化硅的折射率n对二氧化硅的温度T求导，其值为二氧化硅的热光系数，大小为110-5K-1。说明书CN 103424893 A1/1页8图1图2说明书附图CN 103424893 A。

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