硅基光波导具有大的折射率差以及与CMOS技术兼容的特点，在光集成器件领域得到广泛关注和研究。然而，由于硅基波导具有较强的模式双折射特点，光偏振态的控制成为一个难点。

　　最近，在武汉光电国家实验室陈林副教授的指导下，博士生张天与殷祥、加拿大麦克马斯特李洵教授合作，提出利用石墨烯的非对称定向耦合器来实现超小的偏振分束器。该非对称定向耦合器是由一个镶嵌多层石墨烯的硅波导和一个硅波导组成。在镶嵌石墨烯的波导中，当石墨烯等效折射率接近零时，TM模式的模式特征变化明显，而TE模式的模式特征基本没有变化。利用这一点，从硅波导输入的TM波不受镶嵌石墨烯波导的影响而从硅波导直接输出，而由于TE波在这两个波导中满足波矢匹配条件，所以能从硅波导耦合到插入石墨烯波导，进而从插入石墨烯波导端输出。该偏振分束器具有尺寸小、消光比大、插入损耗小、TM模式的分光比能量可调节的特点。

　　2016年1月15日美国光学学会期刊Optics Letters(Vol. 41,No.2, pp. 356-359, 2016)在线发表了题为 “Ultra-compact polarization beam splitter utilizing a graphene-based asymmetrical directional coupler”研究成果。该研究工作得到了国家自然科学基金 (Nos. 11104093和11474116)的资助。

图1 结构示意图

图2 偏振分束器的消光比和插入损耗随波长变化的关系