一种光隔离器制造技术

本实用新型专利技术涉及集成光电子技术领域，具体涉及一种光隔离器。本实用新型专利技术提出一种小尺寸、低损耗、无附加能耗、易于加工、成本低廉的无源光隔离器，可以与激光器、放大器、调制器等器件或系统组合使用，也可以增大版图设计的自由度。本实用新型专利技术一种光隔离器，进一步的适用于太赫兹频段，具有非常广泛的用途。本实用新型专利技术利用回音壁模式能够稳定沿外壁传输的特点做到：利用回音壁模式实现正向传输时导通，利用非回音壁模式实现反向传输时不导通。本实用新型专利技术进一步适用于光子集成、光电混合集成及光通信技术领域，相比现有技术，本实用新型专利技术更进一步的符合大规模集成的性能要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及集成光电子
，具体涉及一种光隔离器。本技术提出一种小尺寸、低损耗、无附加能耗、易于加工、成本低廉的无源光隔离器，可以与激光器、放大器、调制器等器件或系统组合使用，也可以增大版图设计的自由度。本技术一种光隔离器，进一步的适用于太赫兹频段，具有非常广泛的用途。本技术利用回音壁模式能够稳定沿外壁传输的特点做到：利用回音壁模式实现正向传输时导通，利用非回音壁模式实现反向传输时不导通。本技术进一步适用于光子集成、光电混合集成及光通信
，相比现有技术，本技术更进一步的符合大规模集成的性能要求。【专利说明】_种光隔离器
本技术涉及集成光电子
，具体涉及一种光隔离器。
技术介绍
隔离器是导波系统用来控制波的单向性的关键元件，光隔离器是光学系统中只允许光单向通过的至关重要的器件。光隔离器广泛用于配合激光器、放大器、发射机等，阻止反向传输的杂散光对光学系统产生干扰。通过在片上加入低插入损耗的光隔离器，还可以实现增加版图设计自由度、增加系统稳定性的效果。集成光电子芯片同样需要光隔离器来构建完整的光学系统，然而在分立器件系统中的光隔离器大多是利用法拉第效应实现的，基于该原理的隔离器插入损耗大、体积大，且采用了非CMOS工艺兼容的铁磁材料，难以实现大规模集成。近年来，国际上部分研宄组提出了利用光的非线性效应或是外加的非线性调制实现片上光隔离器。但非线性效应的本质决定了器件的性能受入射光功率的影响，不能对任何功率的杂散光起到隔离效果，且效率较低，隔离带宽窄且不易控制。非线性调制引入了外加能耗，同时还需借助较复杂的结构才能使技术方案得以实现，因此也不是理想的解决方案。此外，上述的方案都会引入超过3dB的插入损耗，这是大规模集成无法承受的。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题 提出一种小尺寸、低损耗、无附加能耗、易于加工、成本低廉的无源光隔离器，可以与激光器、放大器、调制器等器件或系统组合使用，也可以增大版图设计的自由度。 ( 二)技术方案 为了解决上述技术问题，本技术提供了一种光隔离器，包括:输入波导和输出波导，还包括:实现从导模到回音壁模式的转变的过渡波导和回音壁模式中央谐振腔； 所述回音壁模式中央谐振腔包括谐振腔体和内轮廓线贴合在所述谐振腔体外轮廓线上与所述谐振腔体形成一个整体的腔体波导；所述腔体波导的两端的端面为所述回音壁模式中央谐振腔的连接端面；所述谐振腔体为线段和/或光滑曲线围成的闭合图形，或者为由线段和/或光滑曲线围成的两组闭合线形共同围成的环形； 所述输入波导和过渡波导、回音壁模式中央谐振腔及输出波导依次以串联的形式进行光连接。 优选地，还包括，与所述过渡波导共同实现从导模到回音壁模式的转变的弯曲波寸； 所述过渡波导的外轮廓是圆弧，内轮廓为一段能使所述过渡波导宽度逐渐变宽的平滑曲线； 所述弯曲波导的内、外轮廓均为圆弧； 所述弯曲波导光连接在所述过渡波导与所述回音壁模式中央谐振腔之间。 优选地，所述过渡波导的内轮廓为圆锥曲线、过渡曲线、欧拉螺线和样条曲线中的一种。 优选地，所述谐振腔体为:由圆形、椭圆形、矩形中的一种或多种拼接、重叠、组合而成的封闭图形。 优选地，还包括，锥形波导；所述锥形波导为宽度逐渐变窄的波导；所述锥形波导端面面积较大的一端与所述回音壁模式中央谐振腔光连接，另一端与输出波导光连接。 优选地，所述锥形波导与所述回音壁模式中央谐振腔连接时，所述锥形波导的轴线与所述腔体波导的轴线成角为小于180°的正角。 优选地，还包括，弯曲的过渡性波导；所述过渡性波导光连接在所述回音壁模式中央谐振腔与所述锥形波导之间。 优选地，所述过渡性波导的内外轮廓均为圆弧。 优选地，每个光连接处需满足:曲线本身的连续性、曲线的斜率连续性及曲线的方向角连续性。 优选地，组成光隔离器的所有结构部件均采用能制成工作波长范围内传输损耗不大于20dB/mm的波导的绝缘材料或有机物材料制作。 优选地，所述绝缘材料包括:硅、二氧化硅、锗、三五族半导体材料、铌酸锂、硫化玻璃，或由其中两种或两种以上物质构成的混合物。 优选地，所述有机物材料为有机聚合物，或由两种或两种以上类属于有机聚合物的物质构成的混合物。 (三)有益效果 本技术一种光隔离器相比现有技术，更进一步的符合大规模集成的性能要求；本技术适用于多种材料和材料平台，例如硅、聚合物、锗等材料。本技术是迄今为止最接近商用性能标准的片上光隔离器，有望成为未来大规模集成的重要组件；此外，本技术除主要适用于以光波的频段范围内的隔离的同时，还进一步的适用于太赫兹频段，具有非常广泛的用途。 本技术一种光隔离器，利用回音壁模式能够稳定沿外壁传输的特点做到:利用回音壁模式实现正向传输时导通，利用非回音壁模式实现反向传输时不导通。正向入射光从入射波导进入，经过过渡波导后被转化为回音壁模式，该模式经过弯曲波导的传输，获得了足够的稳定性，然后入射到回音壁模式中央谐振腔中，由于回音壁模式的特点，该光束贴外壁稳定传输，不会进入到谐振腔中，因此绝大部分入射光传输到锥形波导中，被转化为单模后从输出波导输出；反向传输时，光从锥形波导进入回音壁模式中央谐振腔。由于此时的光波模式是直波导的导模而不是回音壁模式，绝大部分能量将会耦合到谐振模式进入回音壁模式中央谐振腔，光能量在回音壁模式中央谐振腔中以外壁散射和吸收的形式衰减，最终消散殆尽，不能够通过弯曲波导回到入射波导，同时由于直波导的导模与回音壁模式不匹配，只有很少的能量可以进入弯曲波导传输。 本技术中:过渡波导和弯曲波导的选用将输入波导中传输的导模转化成回音壁模式；弯曲波导的选用增加器件的工艺性容差和稳定性；回音壁模式中央谐振腔的使用提供了光隔离器的非互易性，正向传输光低损耗通过，反向传输光不能通过；锥形波导的选用确保输出波导为单模。 本技术一种光隔离器，所采用的过渡性波导的作用是以更高的效率或更紧凑的结构设计来接收回音壁模式中央谐振腔中正向传输过来的入射光。 本技术一种光隔离器，可以与激光器、放大器、调制器等器件或系统组合使用，也可以增大版图设计的自由度。 本技术一种光隔离器，以过渡波导、弯曲波导、回音壁模式中央谐振腔为核心的部件本身尺寸很小；应用现有技术中的加工工艺，本技术一种光隔离器的尺寸限制在6*6平方微米到20*20平方微米之间。 本技术一种光隔离器，由于回音壁模式可以稳定地沿中央谐振腔外壁传输，经腔体波导高效率的收集后，绝大部分光能量都可以从输出波导输出，因此具有低插入损耗的特性。 本技术一种光隔离器，由于模式耦合的非互易性，正向传输时入射光以回音壁模式的形式传输经过中央谐振腔，而反向传输时入射光以导模的形式被直接耦合进入中央谐振腔，这种光路的不同可以产生很高的隔离度。 本技术一种光隔离器，由于本技术所提出的隔离器原理及设计只涉及较少、复杂度较低的工艺步骤，因此其技术加工成本较低。 本技术一种光隔离器，适用的材料体系覆盖了成本低廉、应用成熟的硅基材料体系、半导体三五族材料体系及有机物材料体系，恰当地选择材料体系可以大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光隔离器，包括：输入波导(1)和输出波导(6)，其特征在于，还包括：实现从导模到回音壁模式的转变的过渡波导(2)和回音壁模式中央谐振腔(4)；所述回音壁模式中央谐振腔(4)包括谐振腔体(7)和内轮廓线贴合在所述谐振腔体(7)外轮廓线上与所述谐振腔体(7)形成一个整体的腔体波导(8)；所述腔体波导(8)的两端的端面为所述回音壁模式中央谐振腔(4)的连接端面；所述谐振腔体(7)为线段和/或光滑曲线围成的闭合图形，或者为由线段和/或光滑曲线围成的两组闭合线形共同围成的环形；所述输入波导(1)和过渡波导(2)、回音壁模式中央谐振腔(4)及输出波导(6)依次以串联的形式进行光连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周治平，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：新型
国别省市：北京;11