一种缩短耦合长度的3dB定向耦合器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种缩短耦合长度的3dB定向耦合器及其制作方法，包括基底，基底上从下至上依次覆盖有下包层、中间包层和上包层，中间包层中设有第一耦合波导，上包层中设有第二耦合波导，且第一耦合波导和第二耦合波导上均设有弧形波导和直波导，且弧形波导设置在直波导的中部；第一耦合波导的弧形波导的突出部与第二耦合波导的弧形波导的突出部相对应并组成耦合区。本发明专利技术中第一耦合波导和第二耦合波导不在同一平面中，且第一耦合波导和第二耦合波导组成了耦合区，入射光入射后在耦合区电信号通过消逝场在上下分布的第一耦合波导和第二耦合波导中进行耦合，可以有效的缩短定向耦合器的耦合长度，减少插入损耗，扩大工艺容差，提高耦合效率。

A 3dB directional coupler with shorter coupling length and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种缩短耦合长度的3dB定向耦合器及其制作方法
本专利技术属于通信器件加工
，具体涉及一种缩短耦合长度的3dB定向耦合器及制作方法。
技术介绍
随着光纤通信技术的诞生和快速发展，全世界对光纤通信技术的需求也在不断提高。定向耦合器能够对光信号进行传送和分配，是光纤通信中使用最多的光无源器件，是技术工程中控制光路的重要光学器件。设计插入损耗小，耦合效率高，工艺容差大的定向耦合器成为近些年研究的热点。在波导耦合器中，两根耦合波导在同一平面上，光信号在波导耦合区域左右来回耦合，因此平行波导的定向耦合器对器件尺寸的工艺误差较为敏感，耦合区域的长度和波导的宽度都会对定向耦合器的输出结果有较为明显的影响。由于工艺误差的存在，降低了定向耦合器的耦合效率，同时也会造成输出功率的损失。
技术实现思路
针对现有的定向耦合器工艺容差小，耦合效率低的问题，本专利技术提出了一种缩短耦合长度的3dB定向耦合器及制作方法，利用波导耦合原理大幅缩短了耦合长度，且具有高容差的特点。为解决以上技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种缩短耦合长度的3dB定向耦合器，包括基底，所述基底上从下至上依次覆盖有下包层、中间包层和上包层，所述中间包层中设有第一耦合波导，上包层中设有第二耦合波导，且第一耦合波导和第二耦合波导上均设有弧形波导和直波导，弧形波导设置在直波导的中部；所述弧形波导与直波导相连接，且第一耦合波导的弧形波导的突出部与第二耦合波导的弧形波导的突出部相对应并组成耦合区，当入射光从第一耦合波导或第二耦合波导的一侧进入时，由于波导间消逝场的互相作用，波导在耦合区进行耦合，进而缩短波导耦合长度。所述第一耦合波导和第二耦合波导的波导宽度和厚度均为6μm，且第一耦合波导和第二耦合波导之间的垂直距离为1.98μm。所述弧形波导包括第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导，所述直波导包括第一直波导和第二直波导，且第一直波导和第二直波导对称设置；所述第一直波导的一端与第一弧形波导的一端相连接，第一弧形波导的另一端与第二弧形波导的一端相连接，第二弧形波导的另一端与第三弧形波导的一端相连接，第三弧形波导的另一端与第四弧形波导的一端相连接，第四弧形波导的另一端与第二直波导的一端相连接；所述第一弧形波导和第二弧形波导相连所构成的弧与第三弧形波导和第四弧形波导相连所构成的弧对称，且第一弧形波导的弯曲方向与第二弧形波导的弯曲方向相反。所述第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导的弯曲半径均为12000μm。所述第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导的弯曲加工角度均为2.5°，即第一弧形波导、第二弧形波导、第三弧形波导和第四弧形波导所对应的弧的弧心角为2.5°。所述基底的材料为单晶硅或石英片。一种缩短耦合长度的3dB定向耦合器的制作方法，包括如下步骤：S1，清洗基底表面；S2，在基底上使用热氧化法形成下包层；S3，在下包层上，通过化学气相沉积的方法形成第一掺锗二氧化硅波导层；S4，在第一掺锗二氧化硅波导层上，使用化学气相沉积法形成第一多晶硅硬掩膜层；S5，在第一多晶硅硬掩膜层上涂覆第一光刻胶，将光刻板I上的第一耦合波导的图形转移到第一光刻胶上，并按照第一光刻胶上的图形通过光刻技术在第一多晶硅硬掩模层上形成第一耦合波导的基本图形；S6，通过刻蚀将第一光刻胶除去；S7，使用感应耦合等离子体刻蚀法按照第一多晶硅硬掩膜层上的第一耦合波导的基本图形对第一掺锗二氧化硅波导层进行刻蚀；S8，将第一多晶硅硬掩膜层通过湿法清洗除去，得到第一耦合波导；S9，在下包层和第一耦合波导上，通过低应力掺杂硼磷硅玻璃方法生长中间包层；S10，在中间包层上，通过化学气相沉积的方法形成第二掺锗二氧化硅波导层；S11，在第二掺锗二氧化硅波导层上，使用化学气相沉积法形成第二多晶硅硬掩膜层；S12，在第二多晶硅硬掩膜层上涂覆第二光刻胶，将光刻板II上第二耦合波导的图形转移到第二光刻胶上，并按照第二光刻胶上的图形通过光刻技术在第二多晶硅硬掩模层上形成第二耦合波导的基本图形；S13，通过刻蚀将第二光刻胶除去；S14，使用感应耦合等离子体刻蚀法按照第二多晶硅硬掩膜层上的第二耦合波导的基本图形对第二掺锗二氧化硅波导层进行刻蚀；S15，将第二多晶硅硬掩膜层通过湿法清洗除去，得到第二耦合波导；S16，在中间包层和第二耦合波导上，使用低应力掺杂硼磷硅玻璃方法形成上包层；S17，对上包层进行退火处理，退火完成后即完成3dB定向耦合器的制作。所述第一多晶硅硬掩膜层和第二多晶硅硬掩膜层的厚度均为1μm。所述下包层的厚度为15μm，中间包层的厚度为7.98μm；上包层的厚度为10μm。在步骤S17中，退火处理时退火温度的范围为800-1100℃，持续时间为3-5小时。本专利技术的有益效果：本专利技术中第一耦合波导和第二耦合波导不在同一平面中，且第一耦合波导和第二耦合波导组成了耦合区，入射光入射后在耦合区电信号通过消逝场在上下分布的第一耦合波导和第二耦合波导中进行耦合，可以有效的缩短定向耦合器的耦合长度，减少插入损耗，扩大工艺容差，提高耦合效率。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为本专利技术的主视图。图2为本专利技术的结构示意图。图3为在Rosft软件中模拟本专利技术的模型图。图4为本专利技术在Rosft中工作状态时的能量耦合图形图。图5为本专利技术在Rosft中工作状态时的能量耦合数值图。图6为引入误差后本专利技术在Rosft中模拟工作状态的输出功率对比图。图中，1为第一耦合波导，2为第二耦合波导，3为下包层，4为中间包层，5为上包层，6为基底，7为第一直波导，8为第二直波导，9为第一弧形波导，10为第二弧形波导，11为第三弧形波导，12为第四弧形波导。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付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。实施例1：一种缩短耦合长度的3dB定向耦合器，如图1所示，包括基底6，所述基底6的材料为单晶硅或石英片；所述基底6上从下至上依次覆盖有下包层3、中间包层4和上包层5，所述中间包层4中设有第一耦合波导1，上包层5中设有第二耦合波导2，且第一耦合波导1和第二耦合波导2平行设置；所述第一耦合波导1和第二耦合波导2上均设有弧形波导和直波导，弧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缩短耦合长度的3dB定向耦合器，包括基底（6），其特征在于，所述基底（6）上从下至上依次覆盖有下包层（3）、中间包层（4）和上包层（5），所述中间包层（4）中设有第一耦合波导（1），上包层（5）中设有第二耦合波导（2），且第一耦合波导（1）和第二耦合波导（2）上均设有弧形波导和直波导，且弧形波导设置在直波导的中部；所述第一耦合波导（1）的弧形波导的突出部与第二耦合波导（2）的弧形波导的突出部相对应并组成耦合区。/n

【技术特征摘要】
1.一种缩短耦合长度的3dB定向耦合器，包括基底（6），其特征在于，所述基底（6）上从下至上依次覆盖有下包层（3）、中间包层（4）和上包层（5），所述中间包层（4）中设有第一耦合波导（1），上包层（5）中设有第二耦合波导（2），且第一耦合波导（1）和第二耦合波导（2）上均设有弧形波导和直波导，且弧形波导设置在直波导的中部；所述第一耦合波导（1）的弧形波导的突出部与第二耦合波导（2）的弧形波导的突出部相对应并组成耦合区。


2.根据权利要求1所述的缩短耦合长度的3dB定向耦合器，其特征在于，所述第一耦合波导（1）和第二耦合波导（2）的波导宽度和厚度均为6μm，且第一耦合波导（1）和第二耦合波导（2）之间的垂直距离为1.98μm。


3.根据权利要求1或2所述的缩短耦合长度的3dB定向耦合器，其特征在于，所述弧形波导包括第一弧形波导（9）、第二弧形波导（10）、第三弧形波导（11）和第四弧形波导（12），所述直波导包括第一直波导（7）和第二直波导（8），且第一直波导（7）和第二直波导（8）对称设置；所述第一直波导（7）的一端与第一弧形波导（9）的一端相连接，第一弧形波导（9）的另一端与第二弧形波导（10）的一端相连接，第二弧形波导（10）的另一端与第三弧形波导（11）的一端相连接，第三弧形波导（11）的另一端与第四弧形波导（12）的一端相连接，第四弧形波导（12）的另一端与第二直波导（8）的一端相连接；所述第一弧形波导（9）和第二弧形波导（10）相连所构成的弧与第三弧形波导（11）和第四弧形波导（12）相连所构成的弧对称，且第一弧形波导（9）的弯曲方向与第二弧形波导（10）的弯曲方向相反。


4.根据权利要求3所述的缩短耦合长度的3dB定向耦合器，其特征在于，所述第一弧形波导（9）、第二弧形波导（10）、第三弧形波导（11）和第四弧形波导（12）的弯曲半径均为12000μm。


5.根据权利要求3所述的缩短耦合长度的3dB定向耦合器，其特征在于，所述第一弧形波导（9）、第二弧形波导（10）、第三弧形波导（11）和第四弧形波导（12）的弯曲加工角度均为2.5°。


6.根据权利要求3所述的缩短耦合长度的3dB定向耦合器，其特征在于，所述基底（6）的材料为单晶硅或石英片。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王文钰，张家顺，王亮亮，孙冰丽，陈军，安俊明，
申请(专利权)人：河南仕佳光子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41