一种紧凑的光波导交叉耦合器制造技术

本发明专利技术涉及一种紧凑的光波导交叉耦合器，包括相互连接的设置在不同圆周方向上的四个光波导，所述圆周方向上相邻的两个光波导之间设置有耦合区，所述耦合区经过镂空处理。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑的光波导交叉耦合器
本专利技术涉及光子集成
，更具体地，涉及一种紧凑的光波导交叉耦合器。
技术介绍
复杂的光子集成芯片表面，有大量的不同功能的集成光子器件，可实现对光信号的产生与接收、调制与解调制、复用与解复用、路由与开关等不同的功能；其中，不同功能的集成光子器件通过低损耗的介质光波导进行连接，越复杂的光子集成芯片，表面的功能器件越多也越复杂，需要的光波导也越多，越复杂，光波导往往需要复杂的连接走线，由于传统CMOS的平面工艺，光波导的连线传输往往在同一个平面，难以避免会出现波导交叉的情况。光波导的交叉，则意味着光传输经过相同的节点，将不可避免地引入串扰和损耗，对片上光信号完整传输产生挑战，因此，需要在交叉的过程中，提高彼此信道之间的隔离度，避免信号传输的相互干扰。同时，实现低的插入损耗，避免传输光信号功率的下降，对传输信号的信噪比造成影响。传统的光交叉耦合器，一般采用多模波导或三维立体交叉的形式，多模波导的方案具有较高的效率和隔离度性能，然而耦合区的占用面积偏大，不利于高集成度的片上应用；而采用三维交叉的方式，可以获得最好的隔离度效果，然而需要更多的微加工步骤，对于芯片的流片成本和流片成品率带来巨大的挑战。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的光波导交叉耦合器在尺寸、插入损耗、带宽、隔离度、微加工便捷度上的缺陷，提供了一种紧凑的光波导交叉耦合器。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种紧凑的光波导交叉耦合器，包括相互连接的设置在不同圆周方向上的四个光波导，所述圆周方向上相邻的两个光波导之间设置有耦合区，所述耦合区经过镂空处理。上述方案中，通过耦合区镂空位置与非镂空位置之间的高折射率反差，对光波的传输进行精准调控，以实现相互垂直的光波导间的低插入损耗、高隔离度的传输，降低相互垂直的光波导交叉传输中的串扰。同时，交叉耦合器的加工兼容普通光波导的平面加工工艺，具有紧凑、易整合、高辨识度、低插入损耗及高隔离度的特点。在复杂的集成光子芯片的交叉光波导走线中，具有较大的应用前景。优选地，所述耦合区经过镂空处理的具体过程如下：将耦合区所占的面积按固定的大小划分为多个方格，然后选取其中的部分方格对应的耦合区子块进行腐蚀处理。优选地，所述耦合器由硅基材料、砷化镓材料或磷化铟材料制成。优选地，所述四个光波导均匀分布在圆周方向上。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术提供的光交叉耦合器，通过高折射率反差的耦合区，实现对传输光波信号的调制，实现低损耗、高隔离度的光交叉传输。（2）本专利技术提供的光交叉耦合器，器件紧凑，兼容传统的微电子平面工艺，加工简便。附图说明图1为光波导交叉耦合器的三维示意图。图2为光波导交叉耦合器的俯视图。图3为光波导交叉耦合器的优选方案的示意图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1如图1所示，本专利技术提供的光波导交叉耦合器包括第一光波导1、第二光波导2、第三光波导3、第四光波导4和四个耦合区6；其中第一光波导1、第二光波导2、第三光波导3、第四光波导4以四者的连接处为圆心在圆周方向上均匀分布，相邻两两光波导之间的设置夹角为90°。四个耦合区6分别设置在第一光波导1与第二光波导2之间、第二光波导2与第三光波导3之间、第三光波导3与第四光波导4之间、第四光波导4与第一光波导1之间，所述耦合区6经过镂空处理。其中第一光波导1、第二光波导2在使用的过程中作为输入端，第三光波导3、第四光波导4在使用的过程中作为输出端，第一光波导1、第二光波导2输入的光信号，经过了耦合区6的精确调制，分别从第三光波导3与第四光波导4输出，而不能从其他端口输出，实现不通过通道间无串扰的光交叉传输。图2为光波导交叉耦合器的背面示意图。图2中，1、2、3、4分别表示第一光波导1、第二光波导2、第三光波导3、第四光波导4，耦合区6中，黑色的方格表示耦合区6的非镂空部，而白色的方格表示耦合区6的镂空部，在具体实现的时候，将耦合区6所占的面积按固定的大小划分为多个方格，然后选取其中的部分方格对应的耦合区子块进行腐蚀处理，从而得到如图2所示的耦合区6。本实施例中，采用硅作为交叉耦合器的制备材料。由于单晶硅材料在通信波段具有较高的折射率（n=3.42），易于与其他材料（如空气和氧化硅等）形成较大的折射率反差，高折射率反差的耦合区6，可以对光波产生明显的调制作用。同时，该设计也适用于磷化铟和砷化镓化合物半导体介质材料，同样具有较高的折射率，可以实现相同的交叉耦合功能。耦合区6中，镂空的位置可以进行调整，从而实现更高效率的光交叉性能，同时也可以使得其支持电场模或横电磁模式等模式，或者其他高阶波导传输模式等。图3中，耦合区6的形状可以进行调整，通过适当的形变，如边角，将方格结构变化为圆角结构，并通过适当结构调整，也可以实现光交叉的性能等。原则上，可以通过多种形变方式实现近似的光交叉耦合器功能。显然，本专利技术的上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利技术所作的举例，而并非是对本专利技术的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术权利要求的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑的光波导交叉耦合器，其特征在于：包括相互连接的设置在不同圆周方向上的四个光波导，所述圆周方向上相邻的两个光波导之间设置有耦合区，所述耦合区经过镂空处理。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑的光波导交叉耦合器，其特征在于：包括相互连接的设置在不同圆周方向上的四个光波导，所述圆周方向上相邻的两个光波导之间设置有耦合区，所述耦合区经过镂空处理。2.根据权利要求1所述的紧凑的光波导交叉耦合器，其特征在于：所述耦合区经过镂空处理的具体过程如下：将耦合区所占的面积按固定的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦峰，许鹏飞，陈钰杰，余思远，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44