光学天线制备方法及光学芯片技术

本发明专利技术实施例提供一种光学天线制备方法及光学芯片，属于光子技术领域。包括：在预设平台上进行单次刻蚀加工，得到光学天线；其中，光学天线包括波导区域及光栅结构，光栅结构位于波导区域的侧面。本发明专利技术实施例提供的方法，通过在预设平台上进行单次刻蚀加工，得到光学天线。本发明专利技术实施例提供的光学天线制备方法及光学芯片，可以提供与多次刻蚀相比拟的耦合效率。由于可以通过单次刻蚀加工，比多次刻蚀结构的制造工艺更为简单，能显著降低加工成本，从而应用范围更广，实用性较佳。

Fabrication of Optical Antenna and Optical Chip

【技术实现步骤摘要】
光学天线制备方法及光学芯片
本专利技术实施例涉及光子
，尤其涉及一种光学天线制备方法及光学芯片。
技术介绍
芯片上的光学天线可以将光在芯片上的波导与自由空间中相互转换，是集成光学平台的关键器件。在相关技术中，主要是通过多次刻蚀的方式，成本较高且耦合效率较低。另外，包含光学天线的光学芯片应用范围较窄，且实用性较差。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的光学天线制备方法及光学芯片。根据本专利技术实施例的第一方面，提供了一种光学天线制备方法，包括：在预设平台上进行单次刻蚀加工，得到光学天线；其中，光学天线包括波导区域及光栅结构，光栅结构位于波导区域的侧面。根据本专利技术实施例的第二方面，提供了一种光学芯片，包括：基于第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所制备的光学天线；光学天线中的波导区域的一端与光学芯片内的其它结构连接，以使得光路连通。本专利技术实施例提供的光学天线制备方法及光学芯片，通过在预设平台上进行单次刻蚀加工，得到光学天线。由于可以提供与多次刻蚀相比拟的耦合效率，而通过单次刻蚀加工，比多次刻蚀结构的制造工艺更为简单，能显著降低加工成本，从而应用范围更广，实用性较佳。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术实施例。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种光学天线制备方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种光学天线的结构意图；图3为本专利技术实施例提供的一种光学天线的结构意图；图4为本专利技术实施例提供的一种远场辐射光场的示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种远场辐射光场的示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。芯片上的光学天线可以将光在芯片上的波导与自由空间中相互转换，是集成光学芯片的关键器件。在相关技术中，主要是通过多次刻蚀的方式，成本较高。针对相关技术中的问题，结合上述说明，本专利技术实施例提供了一种光学天线制备方法。参见图1，该方法包括：101、在预设平台上进行单次刻蚀加工；102、得到光学天线。其中，光学天线包括波导区域及光栅结构，光栅结构位于波导区域的侧面。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，预设平台为用于集成光学制造的晶圆。光学天线的结构可参考图2，在图2中，4条弧形组成的结构为光栅结构。5条柱形组成的区域为波导区域，该波导区域的长度可以为如图所示的80um，也可以为其它规格，本专利技术实施例对此不作具体限定。与波导区域连接的区域为对外连接的区域，该区域用于与外部的光路连接，该区域的长度可以为69um，宽度可以为18um，也可以为其它规格，本专利技术实施例对此不作具体限定。1.4um对应的区域为通道，用于输入波导，1.4um表示通道宽度。需要说明的是，输入波导部分的通道宽度为1.4um主要是为了匹配预设平台上的单模波导宽度，本专利技术实施例对此不作具体限定。以预设平台为平板为例，在平板上单次刻蚀波导区域及光栅结构，其形状结构可参考图3。本专利技术实施例提供的方法，通过在预设平台上进行单次刻蚀加工，得到光学天线。由于可以提供与多次刻蚀相比拟的耦合效率，而通过单次刻蚀加工，比多次刻蚀结构的制造工艺更为简单，能显著降低加工成本，从而应用范围更广，实用性较佳。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述用于集成光学制造的晶圆为氮化硅晶圆或者绝缘衬底上的硅晶圆。具体地，可以为200nm厚度的氮化硅晶圆。氮化硅平台具有宽谱段、低损耗、低热光系数、CMOS兼容等诸多优点，在生物传感、激光雷达等诸多领域具有广阔的应用前景。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，预设平台为氮化硅平台。当然，还可以为其它工艺的平台，本专利技术实施例对此不作具体限定。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，光栅结构位于波导区域的侧面；其中，光通过波导区域进行传导，并通过光栅结构进行干涉。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，波导区域的波导结构为条形波导、锥形波导或多模干涉耦合器。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，光栅结构由光栅齿组成，光栅齿的形状为矩形或弧形。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，光栅结构的光栅周期为1.2um。结合上述实施例的内容，本专利技术实施例还提供了一种光学芯片。该光学芯片包括：基于上述任一光学天线制备方法实施例所制备的光学天线；其中，光学天线中的波导区域的一端与光学芯片内的其它结构连接，以使得光路连通。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，若光学天线作为光学芯片内的光发射器，则光从波导区域依次进入光学天线中的光栅结构及自由空间中；其中，光栅结构中的光栅齿具有预设相位差，通过光的干涉，可在远场形成辐射光斑。其中，远场辐射光场的示意图可参考图4及图5，图4及图5中的灰白色区域即为辐射光斑。基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，若光学天线作为光接收器，由于光路的可逆性，则照射在光学天线中的光栅结构上的光与天线模场耦合，并进入波导区域中。为了便于理解，以预设平台为氮化硅平台为例。其中，氮化硅平台可以为氮化硅芯片，其厚度可以为200mm，结构尺寸可参考图2及图3。其中，输入波导部分1.4um的宽度是为了匹配所选氮化硅平台上的单模波导宽度。光栅结构的光栅周期为1.2um，占空比可以为50％，辐射效率可以为37％。以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本专利技术各实施例技术方案的精神和范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学天线制备方法，其特征在于，包括：在预设平台上进行单次刻蚀加工，得到光学天线；其中，所述光学天线包括波导区域及光栅结构，所述光栅结构位于所述波导区域的侧面。

【技术特征摘要】
1.一种光学天线制备方法，其特征在于，包括：在预设平台上进行单次刻蚀加工，得到光学天线；其中，所述光学天线包括波导区域及光栅结构，所述光栅结构位于所述波导区域的侧面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设平台为用于集成光学制造的晶圆。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用于集成光学制造的晶圆为氮化硅晶圆或者绝缘衬底上的硅晶圆。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光栅结构位于所述波导区域的侧面；其中，光通过所述波导区域进行传导，并通过所述光栅结构进行干涉。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波导区域的波导结构为条形波导、锥形波导或多模干涉耦合器。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明华，杨博，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11