一种片上集成窄线宽反射器波导及其反射器制造技术

本发明专利技术公开了一种片上集成窄线宽反射器波导及其反射器，其中波导包括：多模波导，所述多模波导上依次以串联的方式制作有相移反对称布拉格光栅和均匀布拉格光栅；其中，所述多模波导支持横向电场基模和一阶模；所述相移反对称布拉格光栅的相移值为0～2π。利用本发明专利技术提供的波导制作的片上集成窄线宽反射器具有反射率较高、尺寸较小、线宽较窄等优点，综合性能好。

A kind of on-chip integrated narrow linewidth reflector waveguide and its reflector

The invention discloses an on-chip integrated narrow linewidth reflector waveguide and its reflector, wherein the waveguide comprises a multimode waveguide on which a phase-shifting antisymmetric Bragg grating and a uniform Bragg grating are successively made in series; wherein, the multimode waveguide supports a transverse electric field fundamental mode and a first-order mode; and the phase-shifting value of the phase-shifting antisymmetric Bragg grating is 0-2 \u03c0 \u3002 The on-chip integrated narrow linewidth reflector made of the waveguide provided by the invention has the advantages of high reflectivity, small size, narrow linewidth, etc., and good comprehensive performance.

【技术实现步骤摘要】
一种片上集成窄线宽反射器波导及其反射器
本专利技术涉及光电子
，更具体的说是涉及一种片上集成窄线宽反射器波导及其反射器。
技术介绍
光通信网络是当前通讯系统的底层物理基础。随着社会对带宽需求的急剧增长，现有通过分立光电器件组建的系统因体积庞大、功耗大、系统冗杂、成本高等原因越加难于支撑。现在光通讯网络器件逐渐向芯片化、集成化发展。光子集成芯片技术将多个单元光子芯片集成在一起，具有结构紧凑、功耗小、大带宽等突出优点，被认为是现有光通信网络技术瓶颈的主流技术趋势。窄线宽反射器是光子集成领域内的一个重要器件。它最为重要的应用是作为窄线宽或可调谐半导体激光器芯片的外腔反馈器件，来压窄激光器激射光的线宽或调谐激光器的激射波长。此外还窄线宽反射器可应用于传感器件等。最常见的片上集成窄线宽反射器是波导布拉格光栅。波导布拉格光栅通过在波导上刻蚀周期性的结构，从而实现折射率的周期性调制。其结果是位于布拉格波长的光会在光栅中发生强烈耦合并被反射。根据耦合模理论，为了能够得到窄线宽的反射峰，波导布拉格光栅需要长的腔长和小的耦合系数。刻蚀在侧壁的波导布拉格光栅是最为常见的波导布拉格光栅，因为该种结构只需要一步光刻和刻蚀。然而，在如硅和氮化硅等材料的波导上，由于光场被强烈限制在波导内，侧壁波导布拉格光栅的耦合系数往往很大。因此，用波导布拉格光栅实现较窄线宽反射非常困难，且器件的尺寸会比较大。另一种常见的窄线宽反射器是基于微型环形谐振腔的反射器。该结构通过微型环形谐振腔内的缺陷，由正向循环的谐振模式激发反向循环的谐振模式，从而在主波导中造成反射峰。该结构尺寸较小，且因为品质因子较高，其反射峰的线宽较窄。然而由于难以控制正向和反向循环的谐振模式之间的耦合系数，该结构的反射率一般较低。综上所述，制作反射率较高、尺寸较小、线宽较窄的片上集成反射器仍没有较好的解决方案。因此，如何制作出综合性能更优的片上集成反射器是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种片上集成窄线宽反射器波导及其反射器，解决片上集成窄线宽反射器存在的反射率较低、尺寸较大、线宽不够窄等问题，综合性能更优。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种片上集成窄线宽反射器波导，包括：多模波导，所述多模波导上依次以串联的方式制作有相移反对称布拉格光栅和均匀布拉格光栅；其中，所述多模波导支持横向电场基模和一阶模；所述相移反对称布拉格光栅的相移值为0～2π。优选的，还包括：单模波导和梯形波导；所述单模波导、所述梯形波导和所述多模波导依次连接。优选的，所述相移反对称布拉格光栅和所述均匀布拉格光栅制作于多模波导的表面、侧壁或者上包层上。优选的，所述相移反对称布拉格光栅和所述均匀布拉格光栅通过切趾实现，所述切趾方法为以下至少一种：改变光栅占空比，根据切趾函数，使光栅占空比沿波导方向变化；改变光栅宽度，根据切趾函数，使光栅宽度沿波导方向变化；使用两列光栅，使两列光栅的相位差沿波导方向变化。优选的，所述相移反对称布拉格光栅和所述均匀布拉格光栅通过取样光栅和等效切趾取样布拉格光栅实现；其中，所述等效切趾取样布拉格光栅实现方法为以下至少一种：改变取样结构的占空比，根据切趾函数，使取样结构的占空比沿波导方向变化；改变取样光栅宽度，根据切趾函数，使光栅宽度沿波导方向变化；使用两列取样光栅，使两列取样光栅的取样结构的相位差沿波导方向变化。优选的，所述相移反对称布拉格光栅的相移值为π。优选的，所述相移反对称布拉格光栅的相移采用以下任意一种方式实现：在反对称布拉格光栅中间插入相移；采用平面波导摩尔光栅，即两列具有微小光栅周期差的波导光栅。一种片上集成窄线宽反射器，包括：由底部到顶部依次连接的衬底、下包层和上包层，在所述下包层和上包层之间制作有所述片上集成窄线宽反射器波导。优选的，还包括：温度控制电路，所述温度控制电路安装于波导的上包层，用于调节所述片上集成窄线宽反射器的温度，进而调节所述片上集成窄线宽反射器反射波长。优选的，片上集成窄线宽反射器制作在硅、二氧化硅、氮化硅、聚合物和III-V族材料的外延片上，作为单片集成或混合集成的半导体激光器的外腔反馈器件。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种片上集成窄线宽反射器波导及其反射器，能够达到如下技术效果：利用相移反对称布拉格光栅这一谐振腔结构，与基于波导布拉格光栅的片上集成窄线宽反射器相比，可以极大缩短片上集成窄线宽反射器的腔长，并压窄线宽，从而得到尺寸较小、线宽较窄的反射器；利用均匀布拉格光栅作为TE0模式的反射器，与基于环形谐振腔的片上集成窄线宽反射器相比，可以提高整个片上集成窄线宽反射器的反射率；利用相移反对称布拉格光栅和均匀布拉格光栅，与基于环形谐振腔的片上集成窄线宽反射器相比，光通过了两次谐振腔，反射线宽进一步变窄。综上，本专利技术提供的片上集成窄线宽反射器具有反射率较高、尺寸较小、线宽较窄等优点，综合性能好。此外，本专利技术制作简单，仅需要一步光刻和刻蚀，可降低片上集成窄线宽反射器的制作成本，提高制作精度。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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的片上集成窄线宽反射器的波导横截面示意图；图2为本专利技术提供的片上集成窄线宽反射器的结构示意图；图3为本专利技术提供的光栅制作位置的示意图；图4为本专利技术提供的利用不同方法实现切趾布拉格光栅的示意图；图5为本专利技术提供的与片上集成窄线宽反射器混合集成的窄线宽激光器结构示意图；图6为本专利技术提供的与片上集成窄线宽反射器单片集成的窄线宽激光器结构示意图；图7为本专利技术提供的与片上集成窄线宽反射器中实施例中取样光栅的示意图；图8为本专利技术提供的制作取样布拉格光栅的示意图。具体实施方式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，所描述的实施例仅仅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做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。传统方式的片上集成窄线宽反射器一般使用长度较长，耦合系数较小的布拉格光栅或环形谐振腔实现。布拉格光栅反射率较高，但尺寸较大，线宽不够窄。环形谐振腔尺寸较小，线宽较窄，但是反射率较低。本专利技术提供的片上集成窄线宽反射器，通过相移反对称布拉格光栅和均匀布拉格光栅得到TE0模式的窄线宽反射光，并通过单模波导使不需要的TE1模式的光辐射掉，从而得到单一TE0模式的窄线宽反射光。该器件结合了布拉格光栅反射率高和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片上集成窄线宽反射器波导，其特征在于，包括：多模波导，所述多模波导上依次以串联的方式制作有相移反对称布拉格光栅和均匀布拉格光栅；/n其中，所述多模波导支持横向电场基模和一阶模；所述相移反对称布拉格光栅的相移值为0～2π。/n

【技术特征摘要】
1.一种片上集成窄线宽反射器波导，其特征在于，包括：多模波导，所述多模波导上依次以串联的方式制作有相移反对称布拉格光栅和均匀布拉格光栅；
其中，所述多模波导支持横向电场基模和一阶模；所述相移反对称布拉格光栅的相移值为0～2π。


2.根据权利要求1所述的一种片上集成窄线宽反射器波导，其特征在于，还包括：单模波导和梯形波导；所述单模波导、所述梯形波导和所述多模波导依次连接。


3.根据权利要求2所述的一种片上集成窄线宽反射器波导，其特征在于，所述相移反对称布拉格光栅和所述均匀布拉格光栅制作于多模波导的表面、侧壁或者上包层上。


4.根据权利要求1所述的一种片上集成窄线宽反射器波导，其特征在于，所述相移反对称布拉格光栅和所述均匀布拉格光栅通过切趾实现，所述切趾方法为以下至少一种：
改变光栅占空比，根据切趾函数，使光栅占空比沿波导方向变化；
改变光栅宽度，根据切趾函数，使光栅宽度沿波导方向变化；
使用两列光栅，使两列光栅的相位差沿波导方向变化。


5.根据权利要求1所述的一种片上集成窄线宽反射器波导，其特征在于，所述相移反对称布拉格光栅和所述均匀布拉格光栅通过取样光栅和等效切趾取样布拉格光栅实现；其中，所述等效切趾取样布拉格光栅实现方法为以下至少一种：
改变取样结构的占空比，根据切趾函数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：施跃春，吴义涛，赵雍，陈向飞，
申请(专利权)人：南京大学苏州高新技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32