一种基于微环阵列的集成可调光延时线及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种基于微环阵列的集成可调光延时线，包括SOI衬底，其中SOI衬底上表面设置有由若干耦合谐振腔光波导、延时波导和耦合波导组成的微环阵列以及输入波导和输出波导；若干耦合谐振腔光波导在SOI衬底上表面从左到右依次分布；耦合谐振腔光波导中设置有奇数个前后级联的微环，其中位于首末的两个微环与耦合波导耦合连接；相邻的耦合谐振腔光波导通过耦合波导连接，且相邻的耦合谐振腔光波导间的耦合波导上连接有延时波导；首个耦合谐振腔光波导中首末的两个微环的外端分别与输入波导和输出波导连接。本发明专利技术还提出一种基于微环阵列的集成可调光延时线制备方法。本发明专利技术能够使输入的光信号产生更高延时精度的延时量，增大光信号的带宽。

An Integrated Tunable Optical Delay Line Based on Microring Array and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种基于微环阵列的集成可调光延时线及其制备方法
本专利技术涉及光学器件制备领域，更具体地，涉及一种基于微环阵列的集成可调光延时线及其制备方法。
技术介绍
可调光延时线是信号处理与通信中的关键模块之一，主要用于相控阵雷达中微波频段的延时。传统相控阵雷达存在孔径效应和渡越时间等因素的制约，可调光延迟线能克服上述问题，实现大角度下的瞬时带宽。然而，现有的光延时线普遍存在尺寸、重量较大，便携性差以及延时精度较低且不能满足使用需求等问题。集成可调光延时线一般分为两种，一种方案是基于SCISSOR(Side-coupledIntegratedSpacedSequencesOfResonators)或光子晶体波导，另一种方案是对输入光进行滤波后，再对不同波长的光附加不同的延时量。前者的优点是具有连续的延时，但是损耗较大，带宽较窄；后者带宽较宽，但是附加的延时量为固定的最小延时，导致延时精度不足。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的光损耗大、带宽窄、延时精度低等缺陷，提供一种基于微环阵列的集成可调光延时线及其制备方法，能够使输入的光信号产生更高延时精度的延时量，同时减少输入光的损耗，增大带宽。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种基于微环阵列的集成可调光延时线，包括SOI衬底，其中SOI衬底上表面设置有由若干个耦合谐振腔光波导(Coupled-ResonatorOpticalWaveguide，CROW)、若干个延时波导和若干个耦合波导组成的微环阵列以及输入波导和输出波导；若干个耦合谐振腔光波导在SOI衬底上表面从左到右依次分布；每个耦合谐振腔光波导中设置有奇数个前后依次级联的微环，其中位于耦合谐振腔光波导首末的两个微环，其靠近外侧的一端耦合连接有耦合波导；相邻的耦合谐振腔光波导通过耦合波导连接，且相邻的耦合谐振腔光波导之间的耦合波导上连接有延时波导；微环阵列一端的耦合谐振腔光波导，其位于首末的两个微环中靠近外侧的一端分别连接有输入波导和输出波导。本技术方案中，微环阵列中由奇数个前后依次级联的微环构成的耦合谐振腔光波导能够提供一个小范围的连续可调延时功能；由于光信号在微环中产生的延时量与所产生的带宽的乘积近似为一个常数，因此本方案的微环只用于提供一个小范围的延时，大范围的步进式延时由延时波导实现，从而增大光信号的带宽；微环阵列中的耦合波导用于将相邻的耦合谐振腔光波导以及延时波导耦合连接设置。具体地，当输入光满足第一个耦合谐振腔光波导的谐振条件时，输入光进入第一个耦合谐振腔光波导后直接通过输出波导输出；当输入光满足第二个耦合谐振腔光波导的谐振条件时，输入光进入第一个耦合谐振腔光波导后再经过一段延时波导，再进入第二个耦合谐振腔光波导后再通过输出波导输出。因此本技术方案能够通过调节输入光的波长，将其调节到目标耦合谐振腔光波导的谐振波长，即可使输入光产生所需的延时。优选地，微环阵列中每两个相邻的耦合谐振腔光波导的中心波长间距相等，耦合谐振腔光波导的中心波长由微环的谐振公式得到，其公式如下：m·λ0＝neff·L其中，m为谐振级数，λ0为中心波长，neff为波导的有效折射率，L为微环的周长。本优选方案通过设计等间距的中心波长，实现在一个耦合谐振腔光波导的两个谐振峰之间可以同时容纳其他耦合谐振腔光波导的谐振峰，避免相邻的耦合谐振腔光波导串扰。优选地，各个耦合谐振腔光波导中的微环的半径相同，不同耦合谐振腔光波导中的微环的半径根据耦合谐振腔光波导的分布位置从左向右线性增大，其中微环的半径差根据所设计的中心波长间距决定。优选地，耦合波导在其与微环耦合的位置弯曲设置，该弯曲设置的耦合波导用于满足微环的耦合系数要求。优选地，耦合波导在其与延时波导连接的位置楔形设置。优选地，SOI衬底由硅衬底以及沉积在硅衬底上表面的二氧化硅掩埋层组成，SOI衬底的上表面设置有硅芯层，硅芯层的上表面设置有二氧化硅包层，微环阵列、输入波导、输出波导设置在硅芯层中。优选地，集成可调光延时线中的二氧化硅包层的厚度为900nm，硅芯层的厚度为220nm，二氧化硅掩埋层的厚度为3μm，硅衬底的厚度为700μm。优选地，集成可调光延时线还包括若干个热光调谐器，每个微环的上表面覆盖设置有一个热光调谐器。本优选方案提供一种当输入的光信号的波长固定时的方案，通过向热光调节器输入控制信号，使微环的谐振频率发生偏移，从而改变输入光通过耦合谐振腔光波导的个数，实现输入光延时量的连续可调。优选地，热光调谐器由镍铬和金制成，通过在微环对应的位置上溅射镍铬和金制成。本专利技术还提出一种基于微环阵列的集成可调光延时线的制备方法，包括以下步骤：S1：在SOI上旋涂电子胶，利用电子束曝光技术将耦合谐振腔光波导、延时波导、耦合波导、输入波导和输出波导的图形转移到电子胶上；S2：利用感应耦合等离子体刻蚀方法对曝光区域进行刻蚀，然后去胶，完成光延时线的制备。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：(1)SOI衬底上表面设置的微环阵列能够实现小范围的连续延时以及大范围的步进式延时，使输入的光信号能够产生更高延时精度的延时量；(2)相邻的耦合谐振腔光波导中的微环设置有半径差，使微环阵列具有滤波器的性质，同时避免相邻的耦合谐振腔光波导发生串扰现象；(3)耦合谐振腔光波导中的微环提供一个小范围的延时量，使输出的带宽更大；(4)集成可调光延时线基于SOI衬底制作，使其具有性能稳定的特点；(5)通过在微环阵列所在的硅芯层上表面覆盖一层二氧化硅包层，有效减少光信号的损耗。附图说明图1为本实施例的集成可调光延时线的结构示意图。图2为本实施例的微环阵列的部分结构示意图。图3为本实施例的基于微环阵列的集成可调光延时线的制备方法的流程图。图4为本实施例的模拟光谱响应曲线图。图5为本实施例的光谱相应曲线与延时数据的测试结果示意图。其中，1-耦合谐振腔光波导，101-微环，2-延时波导，3-耦合波导，4-输入波导，5-输出波导。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；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1如图1、2所示，为本实施例的基于微环阵列的集成可调光延时线的结构示意图。本实施例的基于微环阵列的集成可调光延时线包括SOI衬底，其中SOI衬底上表面设置有若干个耦合谐振腔光波导1、若干个延时波导2、若干个耦合波导3、输入波导4和输出波导5，其中若干个耦合谐振腔光波导1在SOI衬底上表面从左到右依次分布；每个耦合谐振腔光波导1中设置有奇数个前后依次级联的微环101，其中位于耦合谐振腔光波导1首末的两个微环101，其靠近外侧的一端耦合连接有耦合波导3；相邻的耦合谐振腔光波导1通过耦合波导3连接，且相邻的耦合谐振腔光波导1之间的耦合波导3上连接有延时波导2，且耦合波导3与延时波导2连接的位置楔形设置；微环阵列一端的耦合谐振腔光波导1，其位于首末的两个微环101中靠近外侧的一端分别连接有输入波导4和输出波导5。本实施例用于实现从0到105ps的8种延时，延时步长为15ps，其中以第一个耦合谐振腔光波导1为基准，其延时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微环阵列的集成可调光延时线，其特征在于：包括SOI衬底，所述SOI衬底上表面设置有由若干个耦合谐振腔光波导、若干个延时波导和若干个耦合波导组成的微环阵列以及输入波导和输出波导；所述若干个耦合谐振腔光波导在SOI衬底上表面从左到右依次分布；所述每个耦合谐振腔光波导中设置有奇数个前后依次级联的微环，其中位于耦合谐振腔光波导首末的两个微环，其靠近外侧的一端耦合连接有耦合波导；所述相邻的耦合谐振腔光波导通过耦合波导连接，且相邻的耦合谐振腔光波导之间的耦合波导上连接有延时波导；所述微环阵列一端的耦合谐振腔光波导，其位于首末的两个微环中靠近外侧的一端分别连接有输入波导和输出波导。

【技术特征摘要】
1.一种基于微环阵列的集成可调光延时线，其特征在于：包括SOI衬底，所述SOI衬底上表面设置有由若干个耦合谐振腔光波导、若干个延时波导和若干个耦合波导组成的微环阵列以及输入波导和输出波导；所述若干个耦合谐振腔光波导在SOI衬底上表面从左到右依次分布；所述每个耦合谐振腔光波导中设置有奇数个前后依次级联的微环，其中位于耦合谐振腔光波导首末的两个微环，其靠近外侧的一端耦合连接有耦合波导；所述相邻的耦合谐振腔光波导通过耦合波导连接，且相邻的耦合谐振腔光波导之间的耦合波导上连接有延时波导；所述微环阵列一端的耦合谐振腔光波导，其位于首末的两个微环中靠近外侧的一端分别连接有输入波导和输出波导。2.根据权利要求1所述的集成可调光延时线，其特征在于：所述微环阵列中每两个相邻的耦合谐振腔光波导的中心波长间距相等，所述耦合谐振腔光波导的中心波长由微环的谐振公式得到，其公式如下：m·λ0＝neff·L其中，m为谐振级数，λ0为中心波长，neff为波导的有效折射率，L为微环的周长。3.根据权利要求2所述的集成可调光延时线，其特征在于：所述各个耦合谐振腔光波导中的微环的半径相同，所述不同耦合谐振腔光波导中的微环的半径根据耦合谐振腔光波导的分布位置从左向右线性增大。4.根据权利要求1所述的集成可调光延时线，其特征在于：所述耦合波导在...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡鑫伦，黄晓峰，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44