一种硅基水平槽式微环偏振复用及解复用器制造技术

本发明专利技术公开了一种硅基水平槽式微环偏振复用及解复用器，包括衬底和包层，其特征在于：包括输入波导(1)、横电模输出波导(2)、横磁模输出波导(3)和水平槽式微环结构微环(4)；衬底(5)位于包层(6)内底部，输入波导(1)、横电模输出波导(2)、横磁模输出波导(3)和水平槽式微环(4)紧贴衬底(5)表面；水平槽式微环(4)自下而上依次包括底部介质波导环(41)、低折射率材料填充环(42)和上部介质波导环(43)，且水平槽式微环(4)位于输入波导(1)、横电模输出波导(2)和横磁模输出波导(3)之间。本发明专利技术器件具有优异的偏振复用及解复用性能，且结构紧凑、工作效率高、制作难度低、价格相对低廉、可与基于微环谐振器的波分复用(WDM)系统兼容等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成光学
，具体是一种新型的硅基水平槽式微环结构具有偏振复用及解复用功能。
技术介绍
近年来，随着光子集成技术的迅猛发展，光子器件的尺寸正在逐渐减小，成本低廉、技术成熟的CMOS工艺被广泛应用到光子器件的设计及制作领域。利用高折射率差的材料如绝缘层上硅，可极大地提高片上光器件的集成度。同时为应对当前光互连容量和带宽迅速增加的需求，偏振复用技术已被广泛用于长距离光通信网络、极大的提高了光通信容量，但是在片上系统中，偏振复用技术及其与其它技术的融合还需进一步研究。偏振复用及解复用器作为偏振复用系统中的关键部件，在提高系统传输容量方面具有重要的意义和作用，其主要原理和功能是在特定波长条件下，将传输信号中具有不同偏振模式的光在不同波导端口分别输出或者将不同端口的输入信号进行复用在总线波导中传输。由于具有不同偏振态的模式可以同时传递光信号，通过对不同偏振态模式的复用及解复用可以有效提升光互连的传输容量及带宽。硅基微环谐振器具有优越的光谱特性与偏振特性，被广泛研究并应用于调制器、滤波器、光开光、光复用及解复用器中，而硅基微环谐振腔型波分复用(WDM)传输系统被认为是下一代芯片内部光互连极具前景的解决方案，具有紧凑型封装、低功耗及与CMOS工艺兼容性等优势。利用硅基波导TE与TM模式特性的差异及微环谐振器显著的波长和偏振选择性，通过结构优化，可以实现不同偏振态的有效分离和复合的功能，对应于不同偏振态模式的解复用和复用功能。为此，以微环谐振腔为基础，结合偏振模式特性的差异，设计出结构紧凑、性能优越并能与现有的片上微环谐振腔型WDM传输系统兼容的偏振复用及解复用器显得尤为重要。
技术实现思路
技术问题:为了解决现有技术的不足，本专利技术提出一种硅基水平槽式微环型偏振复用及解复用器，通过直波导和水平槽式微环之间的谐振耦合能够实现偏振模的分离及复合功能，同时集成度较高，克服了现有技术的不足。技术方案:一种硅基水平槽式微环型偏振复用及解复用器，其特征在于:包括光信号的输入波导、横电模输出波导、横磁模输出波导和水平槽式微环。衬底位于包层内底部，输入波导、横电波输出波导、横磁模输出波导和微环紧贴衬底表面，水平槽式微环自上向下分别为介质波导环、填充环及介质波导环。进一步的，所述波导均为硅基波导，其中输入波导与横电模输出波导直接相通，水平槽式微环位于输入波导、横电模输出波导与横磁模输出波导之间。进一步的，所述输入波导、横电模输出波导、横磁模输出波导、底部介质波导环与上部介质波导环的高度均相同。进一步的，所述的低折射率材料填充环的折射率为小于1.8的材料。有益效果:与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果:1、结构紧凑，制作成本低廉。输入、输出波导为常规的纳米线与水平槽式微环中的波导底部介质波导环、上部介质波导环的高度相同，并采用高折射率差的绝缘层上硅材料，使得其结构尺寸具有较高的紧凑性。同时，由于硅基工艺成熟，成本较低，易与同平台的其它光子器件集成，兼容性高。2、制作难度低、可靠性高。本专利技术中几何尺寸在微米以及亚微米量级，可利用技术成熟的CMOS工艺线进行制作。同时利用成熟CMOS工艺的技术标准，其可靠性可以得到充分的保证。3、使用方便，扩展灵活。本专利技术技术方案中所阐述的方式主要用于设计偏振模式解复用的功能；基于结构的对称型，只需将输入、输出端口的功能互换，即可实现偏振模式复用的功能，具有较高的使用灵活性。此外，该专利技术易于与其它微环谐振器级联以进一步扩展使用功能。4、偏振复用及解复用效率高。相对于普通的偏振复用及解复用器，本专利技术利用微环谐振器优越的光谱特性与偏振特性，选择微环谐振器作为偏振复用及解复用的核心部件，不仅能与片上微环谐振腔型WDM系统兼容，而且可以有效提高偏振复用及解复用的效率，提升光互连的传输容量。【附图说明】图1为本专利技术第一个实例的结构示意图。图2为本专利技术实例中输入输出波导和微环处的横截面结构示意图。图3为本专利技术中输入波导结构中横电模的主分量模场分布图。图4为本专利技术中输入波导结构中横磁模的主分量模场分布图。图5为本专利技术中水平槽式微环截面中横电模的主分量模场分布图。图6为本专利技术中水平槽式微环截面中横磁模的主分量模场分布图。图7本专利技术中偏振复用及解复用器输出波导2处的传输率与工作波长的关系。图8本专利技术中偏振复用及解复用器输出波导3处的传输率与工作波长的关系。图9本专利技术中横电模的传输模场分布图，其中，横坐标表不传输方向的尺寸，单位:微米(μ m);纵坐标表示横向的尺寸，单位:微米(μ m)。图10本专利技术中横磁模的传输模场分布图，其中，横坐标表不传输方向的尺寸，单位:微米(μ m);纵坐标表示横向的尺寸，单位:微米(μ m)。图中有:输入波导1、横电模输出波导2、横磁模输出波导3、水平槽式微环4、底部介质波导环41、低折射率材料填充环42、上部介质波导环43、衬底5、包层6。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做更一步的解释。如附图1和图2所示，一种硅基水平槽式微环的偏振复用及解复用器，包括衬底5和包层6，其特征在于:包括光信号的输入波导1、横电模输出波导2、横磁模输出波导3和水平槽式微环4 ;所述偏振复用及解复用器结构，衬底5位于包层6内底部，输入波导1、横电模输出波导2、横磁模输出波导3和水平槽式微环4底部介质波导环41紧贴衬底5的上表面；水平槽式微环4自下而上依次包括底部介质波导环41、低折射率材料填充环42和上部介质波导环43 ；所述波导均为硅基波导，其中输入波导1与横电模输出波导2直通相连，水平槽式当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基水平槽式微环偏振复用及解复用器，其特征在于该复用及解复用器包括输入波导(1)、横电模输出波导(2)、横磁模输出波导(3)和水平槽式微环(4)、衬底(5)和包层(6)；衬底(5)位于包层(6)内底部，输入波导(1)、横电模输出波导(2)、横磁模输出波导(3)和水平槽式微环(4)紧贴衬底(5)表面；水平槽式微环(4)自下而上依次包括底部介质波导环(41)、低折射率材料填充环(42)和上部介质波导环(43)；所述波导均为硅基波导，其中输入波导(1)与横电模输出波导(2)直通相连，水平槽式微环(4)位于输入波导(1)、横电模输出波导(2)与横磁模输出波导(3)之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖金标，罗辉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32