Compact polarization beam splitter based on metal-capped thin-film LiNbO3-on-insulator plasmonic waveguide

材料科学 功率分配器和定向耦合器 光学 波导管 等离子体子 极化(电化学) 铌酸锂 光电子学 分束器 消光比 耦合损耗 插入损耗 物理 波长 光纤 物理化学 化学 激光器
作者
Xin-Yang Wang,Jia-Min Liu,Yu‐Jing Yang,De‐Long Zhang
出处
期刊:Optics and Laser Technology [Elsevier]
卷期号:172: 110491-110491
标识
DOI:10.1016/j.optlastec.2023.110491
摘要

A compact polarization beam splitter based on a triple-waveguide plasmonic directional coupler is proposed and modeled. The directional coupler consists of two usual lithium-niobate-on-insulator (LNOI) ridge waveguides and a metal-capped plasmonic LNOI waveguide located between them. It utilizes stronger polarization dependence of modal birefringence of a plasmonic waveguide. By appropriately designing the plasmonic waveguide geometry, the TM component wave meets the resonant coupling condition and outputs at cross port. Instead, the TE component wave does not meet the resonant coupling condition, cannot be resonant in the triple-waveguide directional coupler and outputs at through port directly. Excellent performance is expected for an optimal device. First, the device shows an ultra-high polarization extinction ratio(PER) of 28.3 dB and an ultra-low insertion loss(IL) of 0.06 dB for the TE-polarized wave, and of 31.7 dB and of 0.31 dB in order for the TM-polarized wave. Second, the working bandwidth with PER > 25 dB and IL < 0.08 dB is 100 nm (1500–1600 nm) for the TE-polarized wave, and that with PER > 20 dB and IL < 0.4 dB is 30 nm (1534–1564 nm) for the TM-polarized wave. Third, the device has a compact structure of 33 μm in length and exhibits definite fabrication tolerance. Overall, the proposed device exhibits ultra-high PER and ultra-low IL, and has a compact size suitable for on-chip use. A comparison shows that present device exhibits advantage in IL and/or size over that based on other LNOI structures or the SOI platform.

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