The polarization independent three-dimensional integrated double grating coupler, which consists of two unidirectional grating couplers, consists of the top layer grating and the bottom grating in the upper and lower two waveguide layers, and the direction of the two layers is orthogonal to each other. The top layer grating is the optical coupling connection with the single mode fiber, and the bottom grating is located at the top layer grating. Directly below, as the optical coupling interface of the bottom waveguide layer, an optical isolation layer is located between the top gratings and the bottom gratings, as the bottom cladding layer of the top layer grating and the upper layer of the bottom grating; a buried oxygen layer is located between the bottom grating and the silicon substrate, as the underlayer of the bottom grating; A double dielectric cladding structure consisting of two layers of material with lower refractive index than the top layer waveguide material is located above the top grating. The device uses three dimensional optical integration technology to achieve polarization independent optical coupling input and output functions.
【技术实现步骤摘要】
偏振无关的三维集成双层光栅耦合器
本专利技术涉及到硅基光子学以及三维光集成技术,尤其涉及一种偏振无关的三维集成双层光栅耦合器。
技术介绍
微电子技术和光纤通信技术是人类信息社会的两大基石。近半个世纪来,随着集成电路工艺特征尺寸的不断缩小,集成电路集成度一直按照摩尔定律飞速发展。芯片更高的集成度带来的不仅仅是晶体管数目的增加,更是芯片功能和处理速度的提升。然而,随着特征尺寸的不断缩小和集成度的不断增加,微电子工艺的局限性也日趋明显。一方面是由于器件线宽的不断减小,传统的光刻加工手段已经接近极限,此外,当器件尺寸接近纳米尺度时,将会引入不可期望的量子物理效应,从而导致器件失效;另一方面是由于随着晶体管尺寸和互连线尺寸同步缩小,单个晶体管的延时和功耗越来越小,而互连线的延时和功耗却越来越大并逐渐占据主导。在当今的处理器中,电互连引起的功耗占了整个芯片总功耗的80%以上。因此,深亚微米特征尺寸下电互连延迟和功耗的瓶颈,已经严重制约芯片性能的进一步提高。片上互连迫切需要一种比电互连更高速更宽带的互连方式。于是人们提出了硅基光互连的概念。光互连有明显的优势,其高带宽、低能耗、延迟小、抗电磁干扰的优点是芯片内铜互连线所无法比拟的。硅基光互连技术可以为光通信系统提供光波分复用(WDM)信道,并且光互连在带宽和功率方面提供足够的性能增益可以超过目前的电互连技术。近几年随着光通信业务的增长,通信系统必须增加光WDM信道来容纳更多的光通信量,研究人员通过将成百上千的光子器件集成到单层光芯片上来对系统进行扩容。这就使得光波导交叉造成的损耗以及单层硅光子芯片有限空间的密集集成问题日 ...
【技术保护点】
1.偏振无关的三维集成双层光栅耦合器,包括两个一维的光栅耦合器:由顶层光栅和底层光栅分别位于上下两个波导层中,两层光栅的方向相互正交组成。顶层光栅作为与单模光纤相连的光耦合接口,底层光栅位于顶层光栅的垂直下方,作为底层波导层的光耦合接口;一个隔离层:隔离层位于顶层光栅和底层光栅之间,作为顶层光栅的下包层同时也是底层光栅的上包层;一个埋氧层:埋氧层位于底层光栅和硅衬底之间,作为底层光栅的下包层;一个双介质包层结构:由相较顶层波导材料折射率较低的两层材料组成,位于顶层光栅的上方,用于抑制顶层光栅对入射光的向上反射。
【技术特征摘要】
1.偏振无关的三维集成双层光栅耦合器,包括两个一维的光栅耦合器:由顶层光栅和底层光栅分别位于上下两个波导层中,两层光栅的方向相互正交组成。顶层光栅作为与单模光纤相连的光耦合接口,底层光栅位于顶层光栅的垂直下方,作为底层波导层的光耦合接口;一个隔离层:隔离层位于顶层光栅和底层光栅之间,作为顶层光栅的下包层同时也是底层光栅的上包层;一个埋氧层:埋氧层位于底层光栅和硅衬底之间,作为底层光栅的下包层;一个双介质包层结构:由相较顶层波导材料折射率较低的两层材料组成,位于顶层光栅的上方,用于抑制顶层光栅对入射光的向上反射。2.根据权利要求1所述的偏振无关的三维集成双层光栅耦合器,两个单向的光栅耦合器中光栅结构都为变迹光栅结构,由啁啾光栅部分和均匀光栅部分组成。其中啁啾光栅部分用来形成类高斯型输出场,与光栅耦合器的模场匹配以提高耦合效率。均匀光栅部分功能为光栅布拉格反射器,用以保证光栅的单向耦合特性。3.所述的偏振无关...
【专利技术属性】
技术研发人员:张赞允,朱华,刘宏伟,陈力颖,李鸿强,
申请(专利权)人:天津工业大学,
类型:发明
国别省市:天津,12
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