一种基于相变材料的可擦除集成光波导监测器件制造技术

本发明专利技术公开了一种基于相变材料的可擦除集成光波导监测器件。第一输入波导依次与第一耦合波导、第一输出波导相连，第二耦合波导平行布置于第一耦合波导的侧方并依次与S型连接波导、第二输出波导相连，第三耦合波导覆盖于第二耦合波导之上，探测器与第二输出波导相连。光信号沿第一输入波导进入第一耦合波导，第三耦合波导为相位改变材料，通过改变相位改变材料的折射率，使得混合波导的模式与第一耦合波导的模式满足或不满足相位匹配条件，从而使第一耦合波导中的光信号耦合或不耦合到混合波导中，进而使得光监测组件接收或者不接收光信号。本发明专利技术可用于偏振复用相干光通信等系统，具有工艺简便、结构简单、高消光比等优点。

An Erasable Integrated Optical Waveguide Monitoring Device Based on Phase Change Materials

The invention discloses an erasable integrated optical waveguide monitoring device based on phase change material. The first input waveguide is connected with the first coupled waveguide and the first output waveguide in turn. The second coupled waveguide is arranged parallel to the side of the first coupled waveguide and is connected with the S-shaped connecting waveguide and the second output waveguide in turn. The third coupled waveguide is covered with the second coupled waveguide, and the detector is connected with the second output waveguide. The optical signal enters the first coupled waveguide along the first input waveguide, and the third coupled waveguide is a phase-changing material. By changing the refractive index of the material, the mode of the hybrid waveguide and the mode of the first coupled waveguide can satisfy or not satisfy the phase matching condition, so that the optical signal in the first coupled waveguide can be coupled or not coupled to the hybrid waveguide, thus making the optical monitoring module. Receiving or not receiving optical signals. The invention can be used in polarization multiplexing coherent optical communication systems, etc., and has the advantages of simple process, simple structure and high extinction ratio.

【技术实现步骤摘要】
一种基于相变材料的可擦除集成光波导监测器件
本专利技术属于光信号监测装置领域，尤其是涉及一种基于相变材料的可擦除集成光波导监测器件。
技术介绍
众所周知，长距离光通信已经取得巨大成功。同样地，光互连作为一种新的互联方式，可克服传统电互联存在的瓶颈问题，引起了广泛关注。当前光互连不断向超短距离互联推进，其通信容量需求日益增长。现已经成功实现了各种各样的集成器件，包括高速调制器，监测器以及单片集成的激光器等。然而在晶圆尺寸上实现自主光信号监测仍然是为数不多的挑战之一。在实验过程中如果能够识别出部分由于加工误差导致的错误，能够在很大的程度上避免下一步的加工测试进而降低制造成本。因此在大规模的集成光路中，在特定的加工步骤之后，对某些光学器件或者独立元件的监测是必不可少的，以便能够及早发现具有不良工作状态的器件。在器件的性能要求方面，检测点一般级联于器件本身之上或者器件周围，用于对光波导中信号的强度进行监测，目前常用的几种监测方式主要包括：利用布拉格光栅或定向耦合器来将待测波导中的光信号以一定比例耦合出来从而进行监测，但是由于这种结构多是由传统工艺加工在器件周围，在检测之后也不能够移除，以此在检测之后该结构引起的耦合现象则会造成光器件的损耗，在大规模集成光电器件中，由于需要的监测点非常多，由监测点引发的这一类损耗将是不可小觑的。因此亟待一种可擦除的监测器件，在监测之后，通过外部操作能够改变监测器件状态，使其不再对待测器件的光强产生影响。而在监测状态时，能够尽可能多的将待测器件的光信号用以检测来提高监测效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种基于相变材料的可擦除集成光波导监测器件，用来检测器件性能进而降低芯片功耗。本专利技术采用的具体技术方案是：本专利技术包括耦合区和光监测组件，所述的耦合区包括第一输入波导、第一耦合波导、第一输出波导、第二耦合波导、第三耦合波导、S型连接波导和第二输出波导，第一输入波导沿直线依次与第一耦合波导、第一输出波导相连接，第二耦合波导平行布置于第一耦合波导的一侧侧方，第二耦合波导经S型连接波导连接第二输出波导的一端，第二输出波导的另一端连接光监测组件；第三耦合波导覆盖于第二耦合波导的上表面，第三耦合波导的宽度等于或者小于第二耦合波导，第二耦合波导与第三耦合波导组成混合波导。光信号沿第一输入波导依次经第一输出波导和第二输出波导进行传输，同时第一输入波导中的光信号还耦合进入第一耦合波导，第三耦合波导为相位改变材料，通过改变相位改变材料的折射率，使得混合波导的模式与第一耦合波导的模式满足或不满足相位匹配条件，从而使第一耦合波导中的光信号耦合或不耦合到混合波导中，进而使得光监测组件接收或者不接收光信号。所述的光监测组件为硅基光电光监测组件，硅基光电光监测组件包括布置在第二输出波导正上方以及布置第二输出波导两侧的金属电极，加压的金属电极将第二输出波导的光信号转换成电信号，从而使硅基光电光监测组件检测到电信号。所述的光监测组件为基于相变材料的电阻光监测组件，电阻光监测组件包括波导电极和相变材料条形波导，相变材料条形波导覆盖在第二输出波导上表面，两个波导电极分布在相变材料条形波导的两侧，当有光信号经第二输出波导传输时，相变材料条形波导的电阻率产生变化，使得波导电极输出的光电流发生改变，电阻光监测组件从而将光信号转换成电信号输出。所述的光监测组件为沿第二输出波导的波导方向间隔排布的纵向耦合布拉格光栅，当光信号进入纵向耦合布拉格光栅后，纵向耦合布拉格光栅将光信号耦合到空间中被光纤接收，光纤通过光谱仪或示波器对光信号进行接收。第三耦合波导为相变材料加工而成且不同于第一耦合波导、第二耦合波导、第一输出波导、S型连接波导以及第二输出波导的材料。所述的相变材料处于非晶态时，第一耦合波导中的模式与第二耦合波导与第三耦合波导组成的组合波导中的模式满足或者部分满足相位匹配条件，可发生完全耦合或者部分耦合；部分耦合是通过选择耦合长度，有选择的使功率以一定比例分配的耦合。当相变材料处于晶体态时，所述的第一耦合波导中的模式与第二耦合波导与第三耦合波导组成的组合波导中的模式不满足相位匹配条件，完全不发生耦合现象。所述的相变材料的折射率由外部电极加热或者激光刺激或电脉冲调节。本专利技术通过改变混合光波导的相变材料的有效折射率，当混合光波导与待测光波导中的信号模式满足相位匹配条件，光监测组件可检测到光信号，光监测组件用于信号检测；当改变相变材料折射率使混合波导与待测波导中的信号模式失配，待测信号不再耦合到检测波导中，光监测组件不再检测到光信号，检测波导不会对传输信号产生影响，光监测组件所在的探测点即被擦除。本专利技术具有的有益效果是：1.本专利技术结构简单、设计方便、制作简便，可显著降低器件制作成本。2.极大地提高器件性能监测的可靠性，并有利于降低器件功耗及成本，具有重要的应用价值。附图说明图1是第一种耦合区耦合结构俯视图。图2是第二种耦合区耦合结构俯视图图3是光监测组件为光电光监测组件的俯视图。图4是光监测组件为基于相变材料电阻光电光监测组件的俯视图。图5是光监测组件为垂直耦合光栅的俯视图。图6是图1的A-A剖视图。图7是图1的B-B剖视图。图8是图1的C-C剖视图。图9是图2的A-A剖视图。图10是图2的B-B剖视图。图11是图2的C-C剖视图。图12是图3的D-D剖视图。图中：第一输入波导1、第一耦合波导2a、第二耦合波导2b、第三耦合波导2c、第三耦合波导2d、第四耦合波导2d、S型连接波导3、第一输出波导4a、第二输出波导4b、光监测组件5、波导电极6a、相变材料条形波导6b、纵向耦合布拉格光栅7、金属电极8。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术耦合区的一种耦合结构(第一种耦合结构)包括第一输入波导1、第一耦合波导2a、第一输出波导4a、第二耦合波导2b、第三耦合波导2c、S型连接波导3和第二输出波导4b。第一输入波导1沿直线依次与第一耦合波导2a、第一输出波导4a相连接，第二耦合波导2b平行布置于第一耦合波导2a的一侧侧方，第二耦合波导2b经S型连接波导3连接第二输出波导4b的一端，第二输出波导4b的另一端连接光监测组件5；第三耦合波导2c覆盖于第二耦合波导2b的上表面，第三耦合波导2c的宽度等于或者小于第二耦合波导2b，第二耦合波导2b与第三耦合波导2c组成混合波导。光信号沿第一输入波导1依次经第一输出波导4a和第二输出波导4b进行传输，同时第一输入波导1中的光信号还耦合进入第一耦合波导2a，第三耦合波导2c为相位改变材料，通过改变相位改变材料的折射率，使得混合波导的模式与第一耦合波导2a的模式满足或不满足相位匹配条件，从而使第一耦合波导2a中的光信号耦合或不耦合到混合波导中，进而使得光监测组件5接收或者不接收光信号。光信号沿第一输入波导1进入第一耦合波导2a，由于第三耦合波导2c为相变材料，通过改变相变材料的折射率，使得第二耦合波导的模式与第一耦合波导2a的模式满足或不满足相位匹配条件，当混合波导与第一耦合波导2a之间满足相位匹配条件时，第一耦合波导2a中的光信号将耦合到混合波导中并由混合波导进入S型连接波导3，使得光监测组件5接收光信号，如果通过调节相变材料的折射率，使得混合波导与第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相变材料的可擦除集成光波导监测器件，其特征在于：包括耦合区和光监测组件(5)，所述的耦合区包括第一输入波导(1)、第一耦合波导(2a)、第一输出波导(4a)、第二耦合波导(2b)、第三耦合波导(2c)、S型连接波导(3)和第二输出波导(4b)，第一输入波导(1)沿直线依次与第一耦合波导(2a)、第一输出波导(4a)相连接，第二耦合波导(2b)平行布置于第一耦合波导(2a)的一侧侧方，第二耦合波导(2b)经S型连接波导(3)连接第二输出波导(4b)的一端，第二输出波导(4b)的另一端连接光监测组件(5)；第三耦合波导(2c)覆盖于第二耦合波导(2b)的上表面，第三耦合波导(2c)的宽度等于或者小于第二耦合波导(2b)，第二耦合波导(2b)与第三耦合波导(2c)组成混合波导；光信号沿第一输入波导(1)进入第一耦合波导(2a)，第三耦合波导(2c)为相位改变材料，通过改变相位改变材料的折射率，使得混合波导的模式与第一耦合波导(2a)的模式满足或不满足相位匹配条件，从而使第一耦合波导(2a)中的光信号耦合或不耦合到混合波导中，进而使得光监测组件(5)接收或者不接收光信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于相变材料的可擦除集成光波导监测器件，其特征在于：包括耦合区和光监测组件(5)，所述的耦合区包括第一输入波导(1)、第一耦合波导(2a)、第一输出波导(4a)、第二耦合波导(2b)、第三耦合波导(2c)、S型连接波导(3)和第二输出波导(4b)，第一输入波导(1)沿直线依次与第一耦合波导(2a)、第一输出波导(4a)相连接，第二耦合波导(2b)平行布置于第一耦合波导(2a)的一侧侧方，第二耦合波导(2b)经S型连接波导(3)连接第二输出波导(4b)的一端，第二输出波导(4b)的另一端连接光监测组件(5)；第三耦合波导(2c)覆盖于第二耦合波导(2b)的上表面，第三耦合波导(2c)的宽度等于或者小于第二耦合波导(2b)，第二耦合波导(2b)与第三耦合波导(2c)组成混合波导；光信号沿第一输入波导(1)进入第一耦合波导(2a)，第三耦合波导(2c)为相位改变材料，通过改变相位改变材料的折射率，使得混合波导的模式与第一耦合波导(2a)的模式满足或不满足相位匹配条件，从而使第一耦合波导(2a)中的光信号耦合或不耦合到混合波导中，进而使得光监测组件(5)接收或者不接收光信号。2.根据权利要求1所述的基于相变材料的可擦除集成光波导监测器件，其特征在于：所述的光监测组件(5)为硅基光电光监测组件，硅基光电光监测组件包括布置在第二输出波导(4b)正上方以及布置第二输出波导(4b)两侧的金属电极(8)，加压的金属电极(8)将第二输出波导(4b)的光信号转换成电信号，从而使硅基光电光监测组件检测到电信号。3.根据权利要求1所述的基于相变材料的可擦除集成光波导监测器件，其特征在于：所述的光监测组件(5)为基于相变...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴道锌，李晨蕾，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33