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本发明涉及一种基于定向耦合型的宽带偏振分束器，属于光子集成技术领域，包括硅衬底、硅波导芯层和二氧化硅包层；硅波导芯层位于二氧化硅包层内部；二氧化硅包层位于硅衬底上表面；硅波导芯层包括输入波导、定向耦合器第一段弯曲波导、定向耦合器第二段弯曲波导、定向耦合器第三段弯曲波导、滤波器第一段弯曲波导、滤波器第二段弯曲波导、TE偏振输出波导和TM偏振输出波导。本发明在耦合器中引入亚波长光栅结构，使得TE偏振态在耦合区处于反射态，降低其耦合效率，TM偏振态几乎没有影响，保证了TM高耦合效率，提升了TE偏振态的消光比；可利用集成工艺制备，工艺简单且容差大，具有带宽大、偏振消光比高、插入损耗小、尺寸小的优点。

本发明公开了一种基于非对称耦合的两级亚波长光栅硅基光偏振分束旋转器，采用二氧化硅作为基底，空气作为上包层以打破垂直对称性；使用硅波导，形成偏振分束旋转器主体；硅波导分为三部分：波导1为一级耦合亚波长光栅波导，等效拓宽波导特征尺寸，进而增大制作容差；波导2为两级锥形刻蚀波导，第一级锥形刻蚀与波导1完成相位匹配，实现偏振旋转，第二级刻蚀恢复波导厚度以参与二级耦合；波导3为二级亚波长光栅波导，对残留的TM0偏振模式进行二次耦合滤除。本发明的偏振分束旋转器采用多级耦合、多级滤除结构在紧凑的结构下实现了高偏振消光比、大制作容差，在光通信与光电信号处理中具有重要应用。

本发明公开了一种基于双锥形非对称定向耦合器型光偏振分束旋转器，包括输入波导和输出波导两个部分；输入波导包括输入引导波导、输入锥形波导、输入弯曲波导及输入直波导；输出波导包括输出锥形波导、输出弯曲波导及输出直波导；输出锥形波导位于输入锥形波导上方且留有一定的预设距离；输入锥形波导沿着输入方向线性变窄，输出锥形波导沿着输出方向线性变宽，输入锥形波导与输出锥形波导共同构成非对称定向耦合器；当TM0偏振态输入时，输入锥形波导与输出锥形波导在某一截面上的有效折射率相等，从而实现偏振模式的旋转。本发明具有结构紧凑、消光比高，制作容差大等特点，在光偏振复用解复用、偏振信号处理、光通信等领域具有重要作用。

本发明公开了一种单光子偏振转换方法，属于波导量子电动力学领域。针对现有技术中实现单光子偏振转化需要多个原子或腔辅助，继而不得不调控多个耦合参数且存在多个耗散通道的问题，本发明提供一种单光子偏振转化方法，它包括将半无限波导与Lambda型三能级系统进行耦合，半无限波导一端为入射端，另一端为反射端，反射端沿半无限波导方向与Lambda型三能级系统的距离定义为a；假设偏振为水平的单光子经入射端发射至半无限波导中，在此定义θ＝ka；若θ＝(n+1/2)π，则反射光子变为垂直偏振光，若θ＝mπ，则反射光子偏振保持为水平，这里，m和n是不小于0的任意整数。本发明只需一个Lambda型三能级系统与半无限波导进行耦合，无需多个原子或腔辅助，提高成功率，过程能耗低，节约成本。