多层波导装置及其制造方法制造方法及图纸

提供了一种多层波导装置及其制造方法。多层波导装置包括第一波导层和第二波导层，第一波导层包括多个总线波导；第二波导层包括多个耦合器波导，所述第二波导层与所述第一波导层隔开；所述第二波导层由压电材料制备；在施加开关电压时，所述至少一个耦合器波导是可移动的，以选择性地绝热光学耦合所述第二波导层与所述第一波导层。所述第一波导层。所述第一波导层。

【技术实现步骤摘要】
多层波导装置及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种多层光波导装置，和一种制造例如可用于光子开关的多层光波导装置的方法。

技术介绍

[0002]现有的一些光子开关装置利用了波导之间的绝热耦合。在绝热耦合中，光功率保持在相同的模式下不变，但能够从一个波导转移到另一个波导。一种这样的光开关装置可以利用耦合器波导，耦合器波导可通过MEMS(微机电系统)驱动使其在总线波导的预定间距内实现绝热耦合。虽然该已知装置可以作为光子开关使用，但是耦合器波导和总线波导都是由硅制备的，并且必须使用静电驱动机构。这可能导致某些缺陷，比如耦合器波导的非线性位移响应，以及对“拉入”效应的敏感。
[0003]本专利技术的目标是解决或减轻至少一个上述问题，或提供一种有用的备选办法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种多层波导装置，包括：
[0005]第一波导层，包括至少一个第一波导组件；
[0006]第二波导层，包括至少一个第二波导组件；
[0007]其中所述第二波导层由压电材料制备；且
[0008]在施加开关电压时，至少一个第二波导组件是可移动的，以选择性地绝热光学耦合第二波导层与第一波导层。
[0009]利用压电材料制备第二波导层，可以利用压电驱动来影响绝热耦合，从而避免拉入效应。压电驱动还有其他优点，如具有线性位移和双向驱动的能力。此外，某些压电材料，如氮化铝(AlN)具有二阶非线性，而这是硅所不具备的，而且这些压电材料的透明窗口明显比硅宽。因此，这种压电材料可以补充硅的光学特性，能够构建具有增强功能的光学装置。
[0010]所述至少一个第一波导组件可包括分别沿第一方向和第二方向对齐的至少一对波导组件；所述至少一个第二波导的各自末端可沿第一和第二方向对齐，并可移动以绝热光学耦合所述各自末端和所述一对波导组件中的相应的第一波导组件。第一方向可以与第二方向正交。
[0011]在某些实施例中，所述第一波导组件在其至少一个区域中具有至少一个第一锥面部分；所述第二波导组件可以沿着其长度具有至少一个第二锥面部分，所述至少一个第二锥面部分与所述至少一个第一锥面部分相对地具有锥面。第一和第二锥面部分可以在重叠区域中重叠。重叠区域的长度约为60微米。
[0012]在某些实施例中，所述第一波导组件沿第一和第二方向制备网格，所述第二波导组件相对于所述网格进行布置，以使其各自相对的末端沿所述第一和第二方向对齐。
[0013]所述多层波导装置可包括网格接点处的多模干涉结构。所述多模干涉结构可以有大约2.5微米的宽度。
[0014]在某些实施例中，第二波导层包括毗邻每个所述第二波导组件各自末端的悬臂梁式驱动器，所述悬臂梁式驱动器具有设置在其相对的表面上的电极。
[0015]某些实施例包括对称地布置在所述悬臂梁式驱动器的任何一侧的约束部分，用于约束所述第二波导组件相应的末端在所述第二波导层所在的平面内的运动。
[0016]在某些实施例中，第一波导层由硅制备。
[0017]在某些实施例中，第二波导层至少部分地由氮化铝制备。
[0018]在某些实施例中，每个所述第二波导组件在其与第一波导组件相距约200纳米时的开启位置和其与所述第一波导组件相距约800纳米时的关闭位置之间可移动。
[0019]每一个所述第一波导组件可能有大约0.4微米的宽度。
[0020]本专利技术还提供了一种制造多层波导装置的方法，包括：
[0021]在基片上制备第一波导层，所述第一波导层包括至少一个第一波导组件；和
[0022]在所述第一波导层上制备第二波导层，所述第二波导层包括至少一个第二波导组件；
[0023]其中所述第二波导层由压电材料制备；且
[0024]在施加开关电压时，至少一个第二波导组件是可移动的，以选择性地绝热光学耦合第二波导层与第一波导层。
[0025]制备第一波导层可包括制备沿第一方向和第二方向分别对齐的至少一对波导组件。制备第二个波导层可包括制备至少一个第二波导组件，以使所述至少一个第二波导组件相应的末端沿所述第一和第二方向对齐，并可移动来绝热光学耦合所述相应的末端和所述至少一对波导组件中的相应的第一波导组件。
[0026]所述方法可包括沿第一和第二方向将第一波导层制备为网格。制备所述第二波导层可包括制备所述第二波导组件，以使所述第二波导组件相对于所述栅极布置，所述第二波导组件各自相对的末端沿第一和第二方向对齐。
[0027]该方法可包括在网格的接点处制备多模干涉结构。
[0028]某些实施例包括制备毗邻每个所述第二波导组件各自末端的悬臂梁式驱动器，所述制备包括在悬臂梁式驱动器的相对表面上沉积电极。
附图说明
[0029]现在将通过非限制性示例参照附图描述本专利技术的实施例，在附图中：
[0030]图1是多层波导装置的示例布局，包括布置在阵列中的多个波导组件；
[0031]图2是图1装置的示例单元的俯视图；
[0032]图3是围绕图2单元的垂直绝热耦合器的布局的放大俯视图；
[0033]图4是图2的单元的透视图示意图；
[0034]图5是通过图4的线5-5的横断面视图；
[0035]图6是多层波导装置的第一层的总线波导的横断面视图；
[0036]图7是多层波导装置的第二层的耦合器波导的横断面视图；
[0037]图8是包括总线波导和耦合器波导的垂直绝热耦合器的示意图；
[0038]图9显示了(a)硅弹性层厚度的优化和(b)氮化铝脊形波导板宽度的优化；
[0039]图10是硅总线波导和氮化铝耦合器波导中光学模式的有效折射率计算图；
[0040]图11显示了垂直绝热耦合器在距离增加到200纳米间隙间距时的示例的模式剖面；
[0041]图12显示了氮化铝输出端口在1550纳米波长处的透射率随垂直间隙间距的变化；
[0042]图13显示了不同间隙间距下氮化铝输出端口的光谱响应；
[0043]图14显示了多模干涉(MMI)交叉点的示意图；
[0044]图15显示了MMI交叉点的光学模式剖面；
[0045]图16(a)、(b)和(c)分别显示了透射率作为MMI交叉点的多模区域长度、锥面宽度和锥度长度的函数时的图；
[0046]图17显示了(a)硅层(左)和氮化铝层(右)在关闭状态下的功率分布，(b)在关闭状态时透射率作为波长的函数；
[0047]图18显示了(a)在开启状态下硅层(左)和氮化铝层(右)的功率分布和(b)在开启状态下透射率作为波长的函数；
[0048]图19(a)-(l)示出描述制造多层波导装置的方法的横断面示意图序列；和
[0049]图20是垂直绝热耦合器的模拟透射率作为锥面长度的函数的曲线图。
具体实施方式
[0050]本专利技术涉及一种具有开关功能的光电子集成电路(OEIC)、光子集成电路(IC)和传感器使用的光子波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层波导装置，包括：第一波导层，包括多个总线波导；第二波导层，包括多个耦合器波导，所述第二波导层与所述第一波导层隔开；其中所述第二波导层由压电材料构成；且在施加开关电压时，每个耦合器波导是可移动的，以选择性地绝热光学耦合所述第二波导层与所述第一波导层。2.根据权利要求1所述的多层波导装置，包括沿第一方向和与第一方向正交的第二方向分别对齐的至少一对总线波导；以及至少一对耦合器波导，该耦合器波导沿所述第一和第二方向对齐，并且该耦合器波导可移动，以绝热光学耦合所述耦合器波导和所述总线波导。3.根据权利要求1或2所述的多层波导装置，包括一对连接到每个所述耦合器波导的悬臂梁式驱动器，每个悬臂梁式驱动器包括驱动层，所述驱动层是由压电材料制备的且是所述第二波导层的一部分，所述驱动层与用于施加所述开关电压的电极接触。4.根据权利要求3所述的多层波导装置，包括对称地布置在所述悬臂梁式驱动器的任何一侧的机械约束，所述机械约束用于约束所述耦合器波导在所述第二波导层的平面内的运动。5.根据权利要求1所述的多层波导装置，其中所述总线波导在其至少一个区域中沿其长度具有至少一个第一锥面部分；所述耦合器波导沿其长度具有至...

【专利技术属性】
技术研发人员：马逸明，董博维，李正国，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：