当前位置: 首页 > 专利查询>江伟专利>正文

高密度光子集成的波导超晶格制造技术

技术编号:18501956 阅读:35 留言:0更新日期:2018-07-21 23:12
一种传输多路光信号的设备和方法。该设备包含一种将输入的光信号分为多束光信号的分束器,其中包括用来调制光信号相位的相位控制单元。波导耦合至上述相位控制单元,每一波导有一个不同于相邻波导的传播常数,并且任何两个相邻之间波导的传播常数的差异大于上述两个相邻波导之间的有效耦合常数。耦合单元将上述多个波导中的一个波导中的光信号耦合进入自由空间。这种分束器包含输出或输入波导并且一个色散元件可以分光也可以并光。

High density photonic integrated waveguide superlattice

A device and method for transmitting multiple optical signals. The device includes a beam splitter which divides the input optical signal into multiple beam signals, including a phase control unit used to modulate the phase of the optical signal. The waveguide is coupled to the phase control unit, each of which has a propagation constant different from the adjacent waveguide, and the difference of the propagation constant of any two adjacent waveguides is greater than the effective coupling constant between the two adjacent waveguides. The coupling unit couples the optical signals in one of the above waveguides into the free space. The beam splitter includes output or input waveguides, and a dispersive element can be divided into light and light.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高密度光子集成的波导超晶格
硅基光子学在低成本大规模光电子集成方面有着很好的前景,其集成度将会和集成电路一样,扮演着越来越重要的角色,波导在硅基光子通讯领域是最核心的组成部分,波导的密度在硅基光子芯片上有着至关重要的影响。寻求高密度,同时对其他性能(如串扰)影响很小的高密度波导集成仍然是一极具挑战性的课题。技术背景CMOS兼容的硅基光子学为光电子技术提供了低成本,大规模集成的优势。集成度是集成潜力和经济规模的关键因素,目前的硅基光电子技术还不能实现每微米一个波导的集成密度。尽管已经实现某些性能指标高密度集成(例如,光损耗或者串扰),但实现高密度集成的同时,而又不牺牲其他性能仍然是目前实际光电系统集成的主要挑战。相邻波导之间的串扰仍然是高密度集成实现的最根本的限制,因为波导间距随着波长增加,串扰呈指数增加。尽管将波导间距提高几个微米相对很容易,但硅基波导有着很高的相对折射率,在此限制之下,很小的集成度增加都会带来很大的串扰。硅基光子学在低成本大规模光电集成方面有着很好的前景。未来光子器件集成度将会和集成电路一样,扮演着越来越重要的角色,而波导在硅基光子学中是最核心的组件。波导阵列是光通信器件和系统的基石,如波分复用和集成光学相位移器件,其输出端都有高密度的波导阵列。波导阵列可被认为是波导组成的离散晶格,这也使其成为与凝聚态物理相关,而且很具吸引力的研究领域(例如,安德森光的局域性和宇宙-时间对称性)。在一个波导阵列的截面中,由嵌入低折射率的包层材料的高折射率的芯层周期性晶格,波导芯层相当于周期性间隔的原子。这激发了研究人员致力于运用凝聚态物理的概念来研究波导晶格,从而创造了光学研发的前沿领域。无论是器件还是研究,波导晶格普遍都有很大的间距,从几微米到几十微米。因此,波导的内部耦合将会很弱,这会降低串扰。目前仅有简单的晶格被经常提出,晶格间距在亚波长或亚纳米范围的阵列晶格还没有真正发出来。因为高密度波导对硅基光子芯片的未来有着至关重要的影响。寻求高密度,同时在其他性能如串扰方面影响很小的波导集成在光电应用领域仍是一挑战性很大的问题。
技术实现思路
一种用于高密度光子集成的波导超晶格,其特征在于:提出并实现了一种用于实现基于波导超晶格的半波长范围的高密度的波导集成。这样高密度的波导晶格不仅对规模化集成光电子技术有着巨大的影响,同时确保了广域范围的光电子器件和应用的突破,例如光学相控阵和空间复用。该专利技术和发射多通道光信号的系统和方法相关,系统由多个波导构成。每个波导的传播常数和相邻波导不同。相邻波导之间传播常数的不同比相邻波导之间有效耦合常数的差异更大。在某些情况下,每个波导之间的传播常数会因为制造工艺而造成小的随机的不同。同样,波导的标称传播常数:会随着多个波导的序号周期性变化,理想的为每两个,三个,四个,五个,或者更多的波导(例如βi+5=βi),这些波导在制造中包含了一些随机性。相邻波导之间传播常数的不同可通过以下途径获得:(1)按不同的宽度制造波导,(2)按不同的高度制造波导,或者(3)将一种材料加入进另一种不同材料的波导中。在某些情况下,任何两个波导,这两个波导在他们的标称传播常数之中有最小的非零差,可以被其中的至少一个波导隔开。这些波导中的任何一个波导的宽度会因为制造工艺而造成小的随机性变化。在某些情况下,这些波导中的任何两个波导,这两个波导有最小的标称宽度的非零差可以被其中的任何一个波导分隔开。波导的标称宽度可能随着其序号周期性变化,或者每隔一个、两个,三个,四个,五个等相同。附图说明以下相关图片将会详细阐述,其中就像通过图片用数字代表整个数字项。图1是波导超晶格的示意图。图2(a)表示了一对不同宽度波导之间的串扰。图2(b)表示的是间距为1um传输距离为200um的SC3超晶格串扰的模拟结果。图2(c)表示的是间距为0.8um传输距离为200um的SC5超晶格串扰的模拟结果。图3由一系列图构成,(a)-(b)是SC3超晶格的测量透射光谱和各种统计结果,图(c)-(d),(e)-(f)是SC5超晶格的测量透射光谱和各种统计。图4由两幅小图片(a)和(b)构成,表示的是大规模SC5超晶格的透射光谱图,每个输入波导对应一个超晶格周期(Ti,j,i=11~15,j=i-5,i-4,…i+4,i+5)。图5中(a)所示为SC5超晶格中一个超单元在SEM图像下的宽度统计(刻度条2um),2,图(b)所示的为SC5超晶格的宽度分布。图6(a)所示是间距为0.8um传输距离为500um的SC5超晶格模拟结果,(b)所示为一个SC5超晶格的模拟结果,且所有波导的宽度减小10nm,图(c)所示为一个SC5超晶格的模拟结果,且所有波导的宽度增加10nm。图7(a)表示了侧壁粗糙程度对σ=3nm,lc=50nm的SC5超晶格(a=800nm,L=500um)的影响,图(b)表示了侧壁粗糙程度对σ=2nm,lc=30nmSC5超晶格的影响。图8表示了SC5超晶格的代表性串扰通道的统计图,是超晶格长度达到L=3nm的函数(a=0.8um,σ=2nm,lc=30nm)(a)T32,(b)T34,(c)T54。图9所示是波导对的超晶格(SC2)的典型的透射光谱图;(a)结构示意图;(b)a=1um的光谱图;(c)a=0.8um的光谱图。图10为a=λ/2的SC5超晶格的光学相控阵的远场分布;(a)50根波导;(b)200根波导;(c)最大超晶格叶与阵列大小的相关图。图11为光学相控阵的示意图(OPA)。具体实施案例很容易理解,在附录图片中具体描述和解释的不同方案的组成部分,在不同的构造中可以有不同的设计。因此,下面为不同设计更为具体的描述,正如图片中所表示的,不能限制目前公开的范围,只能代表各种实施方法尽管不同方案的各个方面在图片中展现出来,图片不需要按比例绘制,除非有具体要求。本专利技术可具体表现在不背离其精神或本质特征的其他具体形式中。所描述的实施例是在所有方面都被认为是具有说明性的。因此,本专利技术的范围由所附的声明表示。在有意义和索赔的当量范围内所有的变化都在他们可接受的范围内。在本规范中的相关功能、优点或类似的语言并不意味着所有的功能和优点,可以实现与本专利技术的,应该是任何一个单一的实施例的专利技术。当然了,语言指的功能和优点被理解为意味着一个特定的功能,优点,或在一个实施例中描述的特征,至少包括本专利技术的一个方案。所以,对于功能,优点和类似语言的讨论,在整个规范中可能,但不一定,是指相同的实施例。而且,本专利技术所描述的特点、优点和特点可以结合在一个或多个实施例中的任何适当的方式中。一个相关的技能将会可被认识到,在光的描述中,本专利技术可在没有一个或多个特定实施例的特定功能或优点的条件下得到。其他情况下,附加功能和优点在某些实施案例中可以识别,但在本专利技术的所有实施例中可能不存在。在本规范中,“一个实施例”、“一种实施例”、或类似的语言意味着在本专利技术的至少一个实施例中包括至少一个实施例中描述的特定特征、结构或特征的特征、结构或特征。因此,在本规范中“一个实施例”、“一种实施例”或者类似语言的表达,不一定,都是指相同的实施例。除非内容中另有规定,所有的技术和科学术语都具有相同的含义,和其他技巧同样理解一样。正如文件中所使用的,本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一个用于传递多路光信号的设备,其特征是包括3个或更多个波导,其中的每一波导的传播常数不同于邻近的其它波导;任意两个邻近的波导间的传播常数差异明显大于上述两个邻近的波导之间的耦合常数的绝对值,或者任意两个邻近的波导间的传播常数差异大于上述两个邻近的波导中第一个波导与其它所有波导间的有效耦合常数绝对值的总和与第二个波导与其它所有波导间的有效耦合常数绝对值的总和的加和。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.12 US 61/8770521.一个用于传递多路光信号的设备,其特征是包括3个或更多个波导,其中的每一波导的传播常数不同于邻近的其它波导;任意两个邻近的波导间的传播常数差异明显大于上述两个邻近的波导之间的耦合常数的绝对值,或者任意两个邻近的波导间的传播常数差异大于上述两个邻近的波导中第一个波导与其它所有波导间的有效耦合常数绝对值的总和与第二个波导与其它所有波导间的有效耦合常数绝对值的总和的加和。2.根据权利要求1的设备,其中两个邻近的波导的传播常数之间的差异可通过制成具有不同宽度的波导获得。3.根据权利要求1的设备,其中两个邻近的波导的传播常数之间的差异通过制成具有不同高度的波导获得的。4.根据权利要求1的设备,其中两个邻近的波导的传播常数的差异可通过加入不同的材料到所述的波导中得到。5.根据权利要求1的设备,多个波导的标称传播常数随着波导的序号周期变化。6.根据权利要求1的设备,波导的标称传播常数可能每隔一个、两个,三个,四个,五个,或者更多个就相同(i.e.βi+5=βi)。7.根据权利要求1的设备,多个波导中有着最小传播常数差的任何两根波导,将被至少一根其它波导分开。8.根据权利要求1的设备,多个波导中,每个波导的传播常数都可能有小的随机变化,这是由波导制造过程造成的。9.根据权利要求2的设备,波导的标称宽度随波导的序号周期性变化。10.根据权利要求2的设备,波导的标称宽度可能每隔一个、两个,三个,四个,五个,或者更多个就相同。11.根据权利要求2的设备,多个波导中有着最小宽度差的任何两根波导,将被至少一根其它波导分开。12.根据权利要求2的设备,多个波导中,每个波导的宽度数都可能有一个小的随机变化,这是由波导制造过程造成的。13.一个用于传播3个或更多个光信号的设备,包括:一个将入射的光信号分为多个光信号的分路器;多个相控单元,每个改变上述多个光信号其中之一信号的相位;多个波导分别耦合到多个相控单元,每一波导的传播常数是不同于邻近的波导的,且任何两个邻近的波导的传播常数之间的差异大于上述两个邻近的波导之间的耦合常数的绝对值,或者任意两个邻近的波导间的传播常数差异大于上述两个邻近的波导中第一个波导与其它所有波导间的有效耦合常数绝对值的总和与第二个波导与其它所有波导间的有效耦合常数绝对值的总和的加和;多个耦合部分,每个将一个波导里面的的光信号耦合进入自由空间。14.根据权利要求13的设备,上述两个邻近的波导的传播常数之间的差异可通过制成具有不同宽度的波导获得。15.根据权利要求13的设备,上述两个邻近的波导的传播常数之间的差异可通过制成具有不同高度的波导获得。16.根据权利要求13的设备,邻近的波导的传播常数的差异可通过加入不同的材料到所述不同的多个波导中得到。17.根据权利要求13的设备,多个波导的标称传播常数随着波导的序号周期变化。18.根据权利要求13的设备,波导的标称传播常数可能每隔一个、两个,三个,四个,五个,或者更多个就相同。19.根据权利要求13的设备,多个波导中有着最小传播常数差的任何两根波导,将被至少一根其它波导分开。20.根据权利要求13的设备,每个波导的传播常数都可能有一个小的随机变化,这是由制造过程造成的。21.根据权利要求14的设备,多个波导的标称宽度随着波导的序号周期变化。22.根据权利要求14的设备,波导的标称宽度可能每隔一个、两个,三个,四个,五个,或者更多个就相同。23.根据权利要求14的设备,多个波导中有着最小宽度数差的任何两根波导,将被至少一根不同的另一波导分开。24.根据权利要求14的设备,每个波导的宽度都可能有一个小的随机变化,这可能是由一个制造过程中造成的。25.根据权利要求13的设备,波导间的距离与光波长接近,甚至比光波长更短。26.用于分散3个或更多个光信号的设备各自...

【专利技术属性】
技术研发人员:江伟
申请(专利权)人:江伟
类型:发明
国别省市:江苏,32

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1