非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种非线性狭缝光波导及其制备方法和应用。本发明专利技术非线性狭缝光波导包括狭缝光波导本体，所述狭缝光波导本体包括单晶硅层，所述单晶硅层上设置有狭缝波导，还包括用于光通过的非线性增强层，且所述非线性增强层覆盖于设置有所述狭缝波导的表面并填充狭缝。本发明专利技术非线性狭缝光波导具有高的非线性效应，这样能显著降低对输入信号功率的要求，提高非线性信号处理的转换效率和转换后信号的输出功率，从而进一步增加信号处理过程的稳定性与灵活性。非线性狭缝光波导制备方法的工艺条件易控，使得制备的非线性增强层质量高和稳定，从而使得制备的非线性狭缝光波导的非线性增强效应稳定，而且效率高。而且效率高。而且效率高。

【技术实现步骤摘要】
非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于集成光子与硅基光子学
，具体涉及一种非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在光网络的节点及终端，基于光学非线性效应的光信号处理及高性能光计算显得尤为重要。光学非线性器件是实现全光波长转换、全光码型转换、光判决门、全光解复用、全光采样、2R再生、全光逻辑运算、可重构编程光子计算的关键元件。
[0003]随着光通信的快速发展，分立非线性器件(如高非线性光纤)已无法满足系统高集成度和高性能的需求，非线性光子集成器件的研发亟待突破。只有找到结构简单、易于集成且具有大容量光信号处理能力的非线性器件，才能提高非线性光信号处理在光网络节点和全光高性能计算中的可能性。
[0004]目前，增强光子集成器件的非线性有三种主流方式：第一，通过特殊结构实现，例如微环、微盘、狭缝波导等，但微腔结构易受环境影响，谐振峰容易漂移，难以与信号波长保持长时间对准；而目前已报道的狭缝波导狭缝宽度通常都在100nm左右，对光场的局域增强作用有限，另一方面，对于已报道的通过非线性聚合物填充狭缝波导来增强器件非线性的方案，所选择的聚合物非线性克尔系数仅与硅的克尔系数相当，仍无法有效改善器件的非线性；也有研究者通过增加狭缝的数量来增加器件的非线性系数，但四狭缝波导的损耗已高达80dB/cm，且从条形波导耦合至狭缝波导的过程中，模式匹配对工艺精度的要求非常高，难以实用；第二，通过金属表面等离激元器件实现；第三，通过在波导表面覆盖二维材料实现，如石墨烯、黑磷等。对于后两种方案，材料的高损耗和高吸收是阻碍器件非线性效应进一步有效提升的主要因素。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种非线性狭缝光波导及其制备方法，以解决现狭缝波导非线性效果不理想的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术一方面，提供了一种非线性狭缝光波导。所述非线性狭缝光波导包括狭缝光波导本体，所述狭缝光波导本体包括单晶硅层，所述单晶硅层设置有狭缝波导，还包括用于光通过的非线性增强层，所述非线性增强层覆盖于设置有所述狭缝波导的表面并填充狭缝。
[0007]本专利技术另一方面，提供了一种非线性狭缝光波导的制备方法。所述非线性狭缝光波导的制备方法包括如下步骤：
[0008]提供狭缝光波导本体，所述狭缝光波导本体包括单晶硅层，所述单晶硅层设置有狭缝波导；
[0009]将含有用于光通过的非线性增强材料的溶液在设置有所述狭缝波导的所述单晶硅层表面成膜，形成非线性增强层，且使得所述非线性增强层填充在狭缝中并覆盖所述狭
缝波导的表面。
[0010]本专利技术再一方面，提供了本专利技术非线性狭缝光波导的应用方法。本专利技术非线性狭缝光波导在光学非线性器件、全光逻辑运算器件、码型转换器件、波长转换器件、解复用器等中的应用。
[0011]与现有技术相比，本专利技术非线性狭缝光波导由于在狭缝波导上覆盖有非线性增强层，该非线性增强层与狭缝光波导本体能够起到增效作用，赋予非线性狭缝光波导高的非线性效应，这样能显著降低对输入信号功率的要求，提高非线性信号处理的转换效率和转换后信号的输出功率，从而进一步增加信号处理过程的稳定性与灵活性。
[0012]本专利技术非线性狭缝光波导制备方法直接将用于光通过的非线性增强材料的溶液在设置有狭缝波导的单晶硅层表面成膜，使得形成的非线性增强层能够覆盖所述狭缝波导表面并填充狭缝，从而充分起到非线性增强层的非线性增强效应，赋予非线性狭缝光波导高的非线性效应。而且形成非线性增强层的工艺条件易控，使得制备的非线性增强层质量高和稳定，从而使得制备的非线性狭缝光波导的非线性增强效应稳定，而且效率高。
[0013]本专利技术非线性狭缝光波导正是由于具有高的线性效应，因此，提高了非线性狭缝光波导在相应产品中的应用性，从而提高相应产品的相关性能。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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。
[0015]图1为本专利技术实施例非线性狭缝光波导的结构示意图；
[0016]图2为本专利技术实施例非线性狭缝光波导所含单晶硅层和狭缝波导的结构示意图；
[0017]图3为本专利技术实施例1至实施例14中非线性狭缝光波导制备方法的工艺流程图；
[0018]图4为本专利技术实施例1至实施例14中各非线性狭缝光波导的非线性系数随狭缝波导的狭缝宽度w2变化的曲线图；
[0019]图5为本专利技术实施例4和对比例提供的非线性狭缝光波导进行FWM转换效率测试的光路图；
[0020]图6为本专利技术实施例4和对比例提供的非线性狭缝光波导进行FWM的光谱图；
[0021]图7为本专利技术实施例4中非线性狭缝光波导实现NRZ到RZ的码型转换时域波形图；其中，图(a)为全光码型转换前160Gbit/s NRZ信号时域波形图；图(b)为转换后160Gbit/s RZ信号的时域波形图；
[0022]图8为本专利技术实施例4中非线性狭缝光波导实现160GBaud16PSK到8PSK的码型转换星座图；其中，图(a)为160GBaud16PSK信号星座图；图(b)为转换后160GBaud 8PSK信号星座图；
[0023]图9为本专利技术实施例4和对比例提供的非线性狭缝光波导实现160Gbit/s NRZ到RZ转换的FWM光谱；其中，图(a)为对比例非线性狭缝光波导实现160Gbit/s NRZ到RZ转换的FWM光谱；图(b)为实施例4非线性狭缝光波导实现160Gbit/s NRZ到RZ转换的FWM光谱；
[0024]图10为本专利技术实施例4和对比例提供的非线性狭缝光波导实现160GBaud16PSK到
8PSK码型转换的FWM光谱；其中，图(a)为对比例非线性狭缝光波导实现160GBaud 16PSK到8PSK码型转换的FWM光谱；图(b)为实施例4非线性狭缝光波导实现160GBaud 16PSK到8PSK码型转换的FWM光谱。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，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。
[0026]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0027]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性狭缝光波导，包括狭缝光波导本体，所述狭缝光波导本体包括单晶硅层，所述单晶硅层上设置有狭缝波导，其特征在于：还包括用于光通过的非线性增强层，所述非线性增强层覆盖于设置有所述狭缝波导的表面并填充狭缝。2.如权利要求1所述的非线性狭缝光波导，其特征在于：所述非线性增强层的材料的非线性克尔系数远大于单晶硅的非线性克尔系数。3.如权利要求1所述的非线性狭缝光波导，其特征在于：所述非线性增强层的材料为MEH
‑
PPV、DDMEBT中的任一种。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的非线性狭缝光波导，其特征在于：所述非线性增强层延伸至开设有所述狭缝波导的所述单晶硅层的表面，并覆盖所述单晶硅层的表面。5.如权利要求1
‑
3任一项所述的非线性狭缝光波导，其特征在于：所述非线性增强层的厚度为250nm(220nm
‑
400nm)。6.如权利要求1
‑
3任一项所述的非线性狭缝光波导，其特征在于：所述狭缝波导的狭缝宽度为50nm(50nm
‑
70nm)；和/或所述单晶硅层中的硅波导宽度为350nm(250nm
‑
400nm)；和/或所述狭缝波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷蕾，王永华，何苏，叶飘飘，董文婵，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：