一种宽带色散控制波导及控制方法技术

一种宽带色散控制波导及控制方法。本发明专利技术公开了一种新型光波导结构，波导芯区由内外两层不同折射率的材料构成；所述两层不同折射率的材料的折射率比值≥1.15。利用上述芯片上集成的光波导结构的色散控制方法是，首先，由预设的光波导的一组结构尺寸参数，计算得到一条具有5个色散零点的色散曲线；然后，通过调整波导芯区与基底接触面的宽度、高折射率材料的厚度和低折射率材料的厚度中的一个或多个参数，从而实现色散控制。本发明专利技术通过将之前设计的波导结构的芯区变为内外两层，同时外层不用进行刻蚀，减小了色散调控波导所需的加工步骤，降低了对加工条件的要求。并且该结构可以产生5个色散零点，产生的平坦色散带宽超过两个倍频程。

A broadband dispersion controlled waveguide and its control method

A broadband dispersion controlled waveguide and control method. The invention discloses a novel optical waveguide structure, the waveguide core region is composed of two layers of materials with different refractive index, and the refractive index ratio of the two layers of materials with different refractive index is more than 1.15. The dispersion control method of the optical waveguide structure integrated on the chip is as follows: Firstly, a dispersion curve with five dispersion zeros is calculated from a set of structural parameters of the optical waveguide; secondly, the width of the interface between the waveguide core and the substrate, the thickness of the high refractive index material and the low refractive index material are adjusted. One or more parameters in the thickness of the material, so as to achieve dispersion control. By changing the core region of the previously designed waveguide structure into two inner and outer layers without etching the outer layer, the processing steps required for the dispersion control waveguide are reduced and the processing conditions are reduced. And the structure can generate 5 dispersion zeros, resulting in flat dispersion bandwidth exceeding two octave bands.

【技术实现步骤摘要】
一种宽带色散控制波导及控制方法
本专利技术涉及一种宽带色散控制波导及控制方法，它属于导波光学和微纳米集成光学领域。
技术介绍
波导是指用来定向引导电磁波的结构，常见的波导结构有平行双导线、同轴线、平行平板波导、矩形波导和光纤等。色散是指光在波导中传输时，不同频率的光在介质中的传播速度不同的现象，在通信等领域，色散会导致光携带的信号发生畸变。当下，导波光学和微纳米集成光学技术蓬勃发展，如何对可集成的光波导进行色散控制，从而实现色散补偿、低色散以及无色散传输、超连续谱及光频率梳的产生等应用成为一项研究热门。在光波导中，通过设计波导结构，选择合适的材料，可有效地改变波导色散，获得位置以及数量可控的零色散波长，从而灵活地进行色散控制。公开号为US8483529B2，其公开日为2013年7月9日的专利文献中公开了一种《Waveguide-baseddispersiondevice》，设计了一种slot型波导与strip型波导耦合的结构，该结构引入了一种模式转变机制[1,2]，从而能进行色散控制。公开号为US9110219B1,其公开日为2015年8月18号的专利文献中公开了一种《On-chiptwo-octavesupercontinuumgenerationenabledbyadvancedchromaticdispersiontailoringinslottedwaveguides》，设计了一种改进型的slot型波导结构，这会使得色散值随着波长变化的曲线出现4个色散零点，类似于马鞍形[2]，可更加灵活地实现色散控制，4个色散零点也是目前为止公开报导的，可获得的最多的零色散波长个数。在该类波导结构中，芯区从上到下以高-低-高的折射率分布方式排列了三层，该波导用于进行色散调控的参数为三个材料区域的高度和波导芯区的宽度，总共四个，这样的三层结构波导加工工艺复杂，对于加工条件的要求高，并且该结构要求高折射率材料与低折射率材料的比值相对较高，可适用于该结构的材料组合较少，并且该结构最多可产生4个色散零点。[参考文献][1]L.Zhangetal.Opt.Express,vol.18,p.20529,2010。[2]L.Zhangetal.OpticsLetters,vol.38,p.5122,2013。
技术实现思路
由于先前报道的用于进行色散调控的波导对加工条件的要求高，针对现有技术的缺陷，本专利技术提出新的色散控制方法，可减少色散调控所需的结构参数，降低对加工条件的要求。同时基于本波导的设计，可以产生5个零色散波长点，这是目前为止色散零点数目最多的报导。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种新型光波导结构，包括位于基底上面的波导芯区，所述波导芯区设有包层；所述波导芯区由内外两层不同折射率的材料构成；内层需要进行沉积以及刻蚀两种工艺，外层则只需要进行沉积工艺，所述两层不同折射率的材料的折射率比值≥1.15，并且该波导可产生5个色散零点。进一步讲，所述两层不同折射率的材料从以下的第一组合、第二组合和第三组合的同一种组合中选择；第一组合是指硫系玻璃组合，包括有低折射率的S基玻璃、高折射率的Se基玻璃和Te基玻璃；所述S基玻璃至少包括Ge2S3、As2S3、GexAsySz和GexPySz，所述Se基玻璃至少包括Ge2Se3、As2Se3、GexAsySez、GexSbySez和GexPySez，所述Te基玻璃至少包括GexSbyTez、GexSeyTez和AsxSeyTez；其中，x，y，z表示不同的摩尔配比，且x+y+z＝100。第二组合至少包括TiO2、HfO2、Al2O3、SiO2、Ga2O3、Ta2O3、AlN和Si3N4；第三组合至少包括Ge，SiC，Si，Al2O3，Diamond，InP，GaAs。利用上述芯片上集成的光波导结构的色散控制方法是：首先，设计光波导的一组结构尺寸参数，所述一组结构尺寸参数包括波导芯区与基底接触面的宽度W、波导芯区A层的厚度H和波导芯区B层的厚度C，然后，根据光在该光波导内的传输常数对波长的二阶导数得到一条色散曲线。所述色散曲线是一条具有5个色散零点的色散曲线，所述色散曲线在两个倍频程的宽带波长范围内的变化量≤100ps/nm/km。通过增大波导芯区与基底接触面的宽度W，使得色散曲线向反常色散值增大的方向整体平移；通过增大波导芯区A层的厚度H，使得色散曲线向反常色散值增大的方向整体平移；通过增大波导芯区B层的厚度C，使得色散曲线以波长λ0作为对称中心逆时针旋转，在波长小于λ0时，向反常色散值减小的方向移动，在波长大于λ0时，向反常色散值增大的方向移动。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过将前人设计的色散控制光波导的芯区变为内外两层，同时外层不用进行刻蚀，减小了色散控制波导所需的加工步骤，降低了对加工条件的要求。并且该结构可以产生5个色散零点，产生的平坦色散带宽超过两个倍频程。附图说明图1-1是本专利技术光波导结构的结构1横截面图示意图；图1-2是本专利技术光波导结构的结构2横截面图示意图；图1-3是本专利技术光波导结构的结构3横截面图示意图；图1-4是本专利技术光波导结构的结构4横截面图示意图；图2-1是色散随着波导芯区与基底接触面宽度W变化的位移图；图2-2是色散随着高折射率材料的厚度H变化的位移图；图2-3是色散随着低折射率材料的厚度C变化的位移图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。如图1-1和1-2所示，本专利技术提出的一种宽带色散控制波导，包括位于基底3上面的波导芯区；所述波导芯区包括A层1和B层2，所述A层1和B2层由不同折射率的材料构成，所述A层1和B层2的材料的折射率比值≥1.15；其特征在于，所述A层1局部覆盖于所述基底3之上，从而形成了A层1和基底3的组合体，所述B层2覆盖住所述组合体的上面；所述A层1的横截面为矩形或梯形。如图1-3和1-4所示，本专利技术宽带色散控制波导的所述基底的上部具有沿光传输方向的通槽，本专利技术中该通槽的形成建议采用腐蚀液腐蚀工艺，因此，在该通槽高度范围的材料采用所选择的腐蚀液可腐蚀的材料3，而基底底部的材料4采用该腐蚀液不可腐蚀的材料。另外，所述基底的顶部包括波导芯区的支撑层，为了加工方便，该支撑层的材料最好采用与A层材料相同的材料。本专利技术中，宽带色散控制波导的所述波导芯区与基底接触面的宽度为W。该波导的W的数值可以是沿光传输方向渐变，即波导芯区沿光传输方向为拉锥。本专利技术中，所述A层和B层的材料从以下的第一组合、第二组合和第三组合的同一种组合中选择；第一组合是指硫系玻璃组合，包括有低折射率的S基玻璃、高折射率的Se基玻璃和Te基玻璃；所述S基玻璃至少包括Ge2S3、As2S3、GexAsySz和GexPySz，所述Se基玻璃至少包括Ge2Se3、As2Se3、GexAsySez、GexSbySez和GexPySez，所述Te基玻璃至少包括GexSbyTez、GexSeyTez和AsxSeyTez；其中，x，y，z表示不同的摩尔配比，且x+y+z＝100。第二组合至少包括TiO2、HfO2、Al2O3、SiO2、Ga2O3、Ta2O3、Bi2O3、AlN和S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带色散控制波导，包括位于基底上面的波导芯区，所述波导芯区设有包层；所述波导芯区包括A层和B层，所述A层和B层由不同折射率的材料构成，所述A层和B层的材料的折射率比值≥1.15；其特征在于，所述A层局部覆盖于所述基底之上，从而形成了A层和基底的组合体，所述B层覆盖住所述组合体的上面；所述A层的横截面为矩形或梯形。

【技术特征摘要】
1.一种宽带色散控制波导，包括位于基底上面的波导芯区，所述波导芯区设有包层；所述波导芯区包括A层和B层，所述A层和B层由不同折射率的材料构成，所述A层和B层的材料的折射率比值≥1.15；其特征在于，所述A层局部覆盖于所述基底之上，从而形成了A层和基底的组合体，所述B层覆盖住所述组合体的上面；所述A层的横截面为矩形或梯形。2.根据权利要求1所述宽带色散控制波导，其特征在于，所述基底的上部具有沿光传输方向的通槽，所述基底的顶部包括波导芯区的支撑层。3.根据权利要求1所述宽带色散控制波导，其特征在于，所述波导芯区与基底接触面的宽度为W，该W的数值沿光传输方向渐变。4.根据权利要求2所述宽带色散控制波导，其特征在于，所述波导芯区与基底接触面的宽度为W，该W的数值沿光传输方向渐变。5.根据权利要求1所述宽带色散控制波导，其特征在于，所述A层和B层的材料从以下的第一组合、第二组合和第三组合的同一种组合中选择；第一组合是指硫系玻璃组合，包括有低折射率的S基玻璃、高折射率的Se基玻璃和Te基玻璃；第二组合至少包括TiO2、HfO2、Al2O3、SiO2、Ga2O3、Ta2O3、Bi2O3、AlN和Si3N4；第三组合至少包括Ge，SiC，Si，Al2O3，Diamond，InP，GaAs。6.根据权利要求5所述宽带色散控制波导，其特征在于，所述S基玻璃至少包括Ge2S3、As...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林，郭宇昊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12