述第三梯形波导521的长度相同，所述第四梯形波导522与所述第三梯形波导521之间的间距Wg不大于0.3 μ m，受限于工艺水平及器件长度综合考虑，在本实施例中，所述间距Wg设定为0.16 μπι。所述第四梯形波导522为矩形波导，横截面为矩形，其厚度为220nm，其宽度沿入射光的传输方向逐渐增大，且所述第四梯形波导522的宽度小于所述第三梯形波导521的宽度。在本实施例中，所述第四梯形波导522的输入端宽度W5不大于0.25 μπι、输出端宽度W 6不小于0.35 μπι。所述第四梯形波导522的输入端还连一圆弧波导53，用于消除由于波导不连续引起的模式耦合损耗和辐射损耗。
[0105]所述第三梯形波导521和所述第四梯形波导522的输出端分别连接一输出波导，两段输出波导之间的距离沿入射光的传输方向逐渐增大，以避免串扰。在本实施例中，为了减小器件长度，所述第三梯形波导521和输出波导之间连接一 S型弯曲波导54。所述S型弯曲波导54的宽度不变，与所述第三梯形波导521的输出端宽度相等；所述第四梯形波导522和另一输出波导之间连接一直波导55，所述直波导55的宽度不变，与所述第四梯形波导522的输出端宽度相等；以此实现去耦合。在本实施例中，两段输出波导的输出端宽度W7设定为0.45 μπι,以使所述偏振分束旋转器5与后续器件的输入端匹配。因此，所述S型弯曲波导54与输出波导之间通过一梯形波导过渡，所述直波导55与另一输出波导通过一梯形波导过渡。
[0106]所述偏振分束旋转器5适用于1310nm波段?1550nm波段，可用于解决单纤三向复用器和单模光纤的耦合问题，使SOI基光集成系统真正应用到光纤到户系统中。
[0107]如图6所示，本发明还提供一种上述偏振分束旋转器5的设计方法，至少包括以下步骤:
[0108]步骤S1:选定所述第一梯形波导511和所述第二梯形波导512的输入端和输出端的宽度，在宽度确定的情况下，根据波导长度与模式转换效率的关系，确定所述第一梯形波导511和所述第二梯形波导512长度。
[0109]步骤SI具体包括以下步骤:
[0110]步骤Sll:分析并计算脊形波导在1310nm波长和1550nm波长下的波导宽度与有效折射率的关系图。
[0111]具体地，采用数值计算方法分析计算脊形波导的宽度与有效折射率的关系图，由于在实际应用过程中，数值计算方法过于复杂，计算精度可能无法得到满足，计算结果的误差也较大。因此，可以使用专业的基于数值计算方法的光学仿真软件(例如ModeSolut1ns, C0MS0L, Rsoft,PhotonDesign等)来做计算，以满足计算精度，减小仿真结果与实际误差。由于对1310nm?1550nm波段的光信号的特性是规律渐变的，在1310nm波长和1550nm波长同时能实现的性能，就可在1310nm?1550nm波段下的任意波长执行，因此，为了简化设计步骤，仅针对1310nm波长和1550nm波长进行研究分析，在实际操作时，可针对1310nm?1550nm波段之间的多个波长进行分析，不以本实施例为限。在本实施例中，采用FIMMWAVE在工作波长1310nm和1550nm分别仿真脊形波导横截面中前三阶模式(横磁波零阶模式TM。、横电波零阶模式TE。、横电波一阶模式TE1)的有效折射率随波导宽度变化的曲线，如图7所示，其中，各虚线从上到下依次为1310nm波长下的横电波零阶模式TE。、横磁波零阶模式TM。及横电波一阶模式TE:的有效折射率的变化曲线；各实线从上到下依次为1550nm波长下的横电波零阶模式TE。、横磁波零阶模式TM。及横电波一阶模式TE:的有效折射率的变化曲线。
[0112]步骤S12:从波导宽度与有效折射率的关系图上找到横磁波零阶模式TM。与横电波一阶模式TE1的模式混合区域，并将覆盖所述模式混合区域的波导宽度设定为所述第一梯形波导511的输入端和输出端的宽度。
[0113]具体地，由于脊形波导的存在打破了横截面上的对称性，横磁波零阶模式TM。和横电波一阶模式TE1的有效折射率交点被模式混合区代替，如图7所示，上方的椭圆框所示区域为1310nm波长的模式混合区，下方的椭圆框所示区域为1550nm波长的模式混合区。上述两个模式混合区对应的脊形波导宽度为0.47 μπι?0.49 μπι,说明当脊形波导的宽度在0.47 μ m?0.49 μ m时，横磁波零阶模式TM。和横电波一阶模式TE 1产生模式转换，因此在设定所述第一脊形区511a的输入端和输出端的宽度时，需要将波导宽度设定在覆盖0.47 μ m?0.49 μ m，且比0.47 μ m?0.49 μ m大的范围，即所述第一脊形区511a的输入端的宽度W。不大于0.47 μπι、输出端的宽度W1不小于0.49 μm，均可实现横磁波零阶模式TM。和横电波一阶模式TE:的转换。在本实施例中，由于与所述偏振分束旋转器5相连的器件的宽度为0.45 μπι,因此将所述第一脊形区511a的输入端的宽度W。优选为0.45 μπι ;所述第一脊形区511a的输出端的宽度W1需要大于模式转换区对应的宽度，但是宽度越大，器件长度相应也会变大，在折衷考虑之下，将所述第一脊形区511a的输出端的宽度W1优选为0.55 μπι ;相应的所述第一平板区51 Ib的宽度设定为0.45 μm?1.55 μm。如图8所示为横电波零阶模式TE。在1310nm波长入射脊形波导时的模式传输场图，横电波零阶模式TE。没有模式混合区，因此当输入横电波零阶模式TE。时将不会发生任何的模式转换而绝热输出。如图9所示为横磁波零阶模式TM。在1310nm波长入射脊形波导时的模式传输场图，横磁波零阶模式TM。通过模式混合区后转化为横电波一阶模式TE 1并输出。
[0114]步骤S13:从波导宽度与有效折射率的关系图上根据有效折射率差，找到避免横电波一阶模式TE1R化回横磁波零阶模式TM。的所述第二梯形波导512的输出端的宽度范围，同时考虑所述第二梯形波导512的输出端的宽度与波导长度的关系，确定所述第二梯形波导512的输出端的宽度W2。
[0115]具体地，通过所述第二梯形波导512将所述第一梯形波导511的脊形横截面转化为所述第三梯形波导521的矩形横截面，同时必须保持横电波一阶模式TE1不变，防止随着横电波一阶模式TE1和横磁波零阶模式TM。的有效折射率差的减小，再次进入模式混合区，部分横电波一阶模式TE1R换回横磁波零阶模式TM。，增加器件的串扰。所以，根据图7中的横电波一阶模式TE1和横磁波零阶模式TM。的有效折射率差与脊形波导宽度的关系图，找到能防止横电波一阶模式TE1R化回横磁波零阶模式TM。的足够大的有效折射率差所对应的脊形波导宽度的区间。如图7所示，在本实施例中，有效折射率差大于0.3，则认为横电波一阶模式TE1不会转化回横磁波零阶模式TM。，因此大于0.55 μ m的数值均可设定为所述第二梯形波导512的输出端的宽度W2;同时还要考虑到随着所述第二梯形波导512的输出端的宽度不断增加，相应地，所述第二梯形波导512的长度Ltp2也会增加，而我们的要求是器件长度尽可能的小；为了满足以上两个条件，在本实施例中，所述第二梯形波导512的输出端的宽度W2设定为0.75 μ m (图中未显示)，大于0.75 μ m的其他数据(如0.85 μ m、0.95 μ m)均可适用，对器件性能不产生影响，仅增加器件的长度，不利于集成。
[0116]步骤S14:在所述第一梯形波导511及所述第二梯形波导512的宽度确定的情况下，对所述双层梯形模式转换器51中的光传输进行仿真，计算1310nm波长和1550nm波长下模式转换效率随所述第一梯形波导511和所述第二梯形波导512的长度的变化曲线，选定1310nm波长及1550nm波长的模式转换效率均大于98%所对应的长度值为所述第一梯形波导511和所述第二梯形波导512的长度。
[0117]具体地，为了得到高效的模式转换效率，使用FIMMPR0P软件对所述双层梯形模式转换器51中的光传输进行仿真。分别在1310nm和1550nm波长下仿真计算模式转换效率随不同的所述第一梯形波导511的长度Ltpl和所述第二梯形波导512的长度L tp2的变化曲线，在本实施例中，所述第二梯形波导512的长度Ltp2取三个值，分别为15 μ m、20 μ m和25 μ m，如图10所示。在所述第二梯形波导512的长度Ltp2取值不同时，模式转换效率随着所述第一梯形波导511的长度Ltpl的增大逐渐向上振荡，最终接近于1，所述第二梯形波导512的长度Ltp2取值越大，对应曲线的振荡幅度越小。为了在1310nm和1550nm波长取得较高的模式转换效率，在本实施例中，所述第一梯形波导511的长度Ltpl设定为28.5 μ m，所述第二梯形波导512的长度Ltp2设定为25 μπι。
[0118]在所述双层梯形模式转换器51的各尺寸确定后，其中，所述第一脊形区51 Ia和所述第一平板区511b的输入端宽度W。设定为0.45 μπι、所述第一脊形区511a的输出端宽度和所述第二脊形区512a的输入端宽度W1设定为0.55 μπι、所述第一平板区511b的输出端宽度和所述第二平板区512b的输入端宽度R+2WS设定为1.55 μ m、所述第二脊形区512a和所述第二平板区512b的输出端宽度W2设定为0.75 μ m、所述第一梯形波导511的长度设定Ltpl为28.5 μ m、所述第二梯形波导512的长度L tp2设定为25 μ m，如图11所示，此时模式转换效率在工作波长1.27 μπι到1.59 μπι范围内均大于99%。如图12所示为横磁波零阶模式TM。在1310nm波长入射所述双层梯形模式转换器51时的模式传输场图，如图13所不为横磁波零阶模式TM。在1550nm波长入射所述双层梯形模式转换器51时