基于SOI平台的光分束器制造技术

一种基于SOI平台的光分束器，包括具有包覆层的绝缘体上硅衬底。该光分束器还包括：埋在包覆层中的具有第一宽度和第一长度的第一波导以及埋在包覆层中的具有第二宽度和第二长度的第二波导，该第二波导布置成以一间隙距离紧邻该第一波导。第二宽度与第一宽度的比率被配置为小于1，而第一长度、第二长度和间隙距离被配置为允许第一波导中的光信号的第一受限模式隐失耦合到第二波导中，其中在波长的宽带上，在1％至<50％的范围内实现基本不变的特定分束比。定分束比。定分束比。

【技术实现步骤摘要】
基于SOI平台的光分束器


[0001]本技术涉及一种硅光子器件。更具体地说，本技术提供了一种基于绝缘体上硅(SOI)平台的无色光分束器、制造该无色光分束器的方法以及与该无色光分束器集成的硅光子电路，以用于密集波分复用(DWDM)或粗波分复用(CWDM)系统中的宽带通信。

技术介绍

[0002]在过去的几十年里，宽带通信网络的使用呈爆炸式增长。在早期的互联网中，流行的应用仅限于电子邮件、电子公告栏以及以信息和文本为主的网页冲浪，并且传输的数据量通常都比较少。今天，互联网和移动应用程序需要大量的带宽来传输照片、视频、音乐和其他多媒体文件。例如，“脸书”这样的社交网络每天处理超过500TB的数据。由于对数据和数据传输的要求如此之高，现有的数据通信系统需要改进以满足这些需求。
[0003]大规模光子集成电路在许多应用中正变得非常有前景，这些应用包括下一代光网络、光互连、密集波分复用(DWDM)系统、相干收发器、芯片实验室等。硅基光子集成电路也变得非常流行，因为它们与具有优良的加工控制、低成本以及大容量加工的成熟的CMOS(互补金属
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氧化物
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半导体)技术兼容。此外，绝缘体上硅(SOI)被广泛用作用于制作各种硅光子器件的衬底。众所周知，SOI基波导通常具有严重的偏振敏感性，使得包括宽带无色分束器在内的各种偏振处理器件已成为硅光子集成电路(SPIC)的重要组成部分。
[0004]例如，在SOI衬底上以高制造容差的简单工艺制作的小型光分束器，被期望能与其它硅光子器件集成在一起并且用作工作在C波段或O波段的基于SPIC的DWDM或CWDM系统的关键部件。现有的用于硅光子集成电路的光分束器的制造方法大多工艺不耐受、波长依赖宽带、制造敏感、尺寸敏感，且难以与其它硅光子器件集成。

技术实现思路

[0005]本技术涉及一种硅光子器件。更具体地说，本技术提供了一种用于DWDM或CWDM系统中的宽带通信的基于绝缘体上硅(SOI)平台的无色光分束器、制造该无色光分束器的方法、以及与该无色光分束器集成的硅光子电路，尽管其它应用也是可能的。
[0006]在现代电气互连系统中，高速串行链路已经取代了并行数据总线，串行链路速度由于CMOS技术的演进而迅速提高。根据摩尔定律，互联网带宽几乎每两年翻一番。但摩尔定律在未来十年即将终结。标准CMOS硅晶体管的尺寸将停止在5nm左右。并且由于进程扩展而增加的互联网带宽将会稳定下来。但是互联网和移动应用程序不断地需要大量的带宽来传输照片、视频、音乐和其他多媒体文件。本公开描述了改进超过摩尔定律的通信带宽的技术和方法。
[0007]在一实施例中，本技术提供一种光分束器。该光分束器包括：绝缘体上硅衬底，具有包覆层；第一波导，具有第一宽度和第一长度，第一波导埋入包覆层中；第二波导，具有第二宽度和第二长度，第二波导埋入包覆层中并且被布置成以间隙距离紧邻第一波导；其中，第二宽度相对于第一宽度的比率被配置为小于1，而第一长度、第二长度和间隙距
离被配置为允许第一波导中的光信号的第一受限模式隐失耦合到第二波导中，其中在波长的宽带上，在1％至<50％的范围内实现基本不变的特定分束比。
[0008]进一步，第一波导包括在第一长度的第一端处的第一锥形区域和在第一长度的第二端处的第二锥形区域，第一锥形区域耦合到接收光信号的输入波导，第二锥形区域耦合到主输出波导以输出光信号的主要部分。
[0009]进一步，第二波导包括第二长度的端接的第一端和在第二长度的第二端处的第二锥形区域，第二锥形区域耦合到第一分割输出波导以输出光信号的小部分，使得光分束器成为1
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2单向分束器，小部分和主要部分由特定分束比确定。
[0010]进一步，第二波导包括在第二长度的第一端处的第一锥形区域和在第二长度的第二端处的第二锥形区域，第一锥形区域耦合到第二分割输出波导以用于输出沿反向方向从主输出波导接收的光信号的小部分，第二锥形区域耦合到第一分割输出波导以用于输出从输入波导接收的光信号的小部分，使得光分束器成为2
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2的双向光分束器，小部分和主要部分由特定分束比确定。
[0011]进一步，第一波导和第二波导均包括氮化硅材料。
[0012]进一步，包覆层包括氧化硅材料。
[0013]进一步，第二长度基本等于第一长度，第一长度被配置为20μm或更小，以使特定分束比饱和。
[0014]进一步，特定分束比对至少从1530nm到1570nm的C波段上的所有波长基本不敏感。
[0015]进一步，特定分束比对至少从1270nm到1330nm的O波段上的所有波长基本不敏感。
[0016]进一步，第一波导和第二波导中的每一个包括矩形截面。
[0017]进一步，第一宽度大于为输入波导和主输出波导中的每一个设置的0.7μm的宽度。
[0018]进一步，第二宽度大于为第一分割输出波导设置的0.7μm的宽度。
[0019]进一步，间隙距离被配置为小于2μm，以使特定分束比饱和。
[0020]利用基于SOI平台的本技术可以实现光分束器的许多优点。例如，SOL平台与CMOS技术完全兼容，这大幅度简化了光分束器本身的制作工艺以及与其他硅光子器件的集成工艺。在材料选择和特征尺寸方面的高制造容差允许简单的制造工艺来制作基于SOI衬底的光分束器。通过采用隐失耦合机制的新型设计，该光分束器可以在如1530nm至1570nm的C波段或1270nm至1330nm的O波段上实现全无色分束器，这对于DWDM和CWDM应用是非常有利的。
附图说明
[0021]图1是包含具有一定间隙的两个等宽波导的传统定向耦合器及其分光性能的相关技术的示例。
[0022]图2是包含以弯曲设计的具有一定间隙的两个等宽波导的传统定向耦合器及其分光性能的相关技术的另一示例。
[0023]图3是根据本公开实施例的基于SOI平台的1
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2 20：80分束器及其分光性能的示意图。
[0024]图4是根据本公开实施例的基于SOI平台的光分束器的截面图。
[0025]图5是根据本公开另一实施例的2
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2双向方案中基于SOI平台的光分束器的示意
图。
[0026]图6是根据本公开的一些替代实施例的基于SOI平台的1
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2 5：95分束器及其分光性能的示例性图。
具体实施方式
[0027]基于绝缘体上硅(SOI)衬底的紧凑、容差工艺的光分束器是实现通过硅光子集成电路(SPIC)进行的宽带密集波分复用(DWDM)光波传输的关键元件。由具有一定间隙距离的两个等宽波导形成的传统定向耦合器可以用作光分束器。图1显示了包含具有一定间隙的两个等宽波导的传统定向耦合器的示例及其作为20：80分束器的光分束性能。如图所示，指定的20：80分束器的宽带分束比显示出明显的波长依赖性，其从1530nm处的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光分束器，其特征在于，包括：绝缘体上硅衬底，具有包覆层；第一波导，具有第一宽度和第一长度，所述第一波导埋入所述包覆层中；第二波导，具有第二宽度和第二长度，所述第二波导埋入所述包覆层中并且被布置成以间隙距离紧邻所述第一波导；其中，所述第二宽度相对于所述第一宽度的比率被配置为小于1，而所述第一长度、所述第二长度和所述间隙距离被配置为允许所述第一波导中的光信号的第一受限模式隐失耦合到所述第二波导中，其中在波长的宽带上，在1％至<50％的范围内实现基本不变的特定分束比。2.根据权利要求1所述的光分束器，其特征在于，所述第一波导包括在所述第一长度的第一端处的第一锥形区域和在所述第一长度的第二端处的第二锥形区域，所述第一锥形区域耦合到接收光信号的输入波导，所述第二锥形区域耦合到主输出波导以输出所述光信号的主要部分。3.根据权利要求2所述的光分束器，其特征在于，所述第二波导包括所述第二长度的端接的第一端和在所述第二长度的第二端处的第二锥形区域，所述第二锥形区域耦合到第一分割输出波导以输出所述光信号的小部分，使得所述光分束器成为1
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2单向分束器，所述小部分和所述主要部分由所述特定分束比确定。4.根据权利要求2所述的光分束器，其特征在于，所述第二波导包括在所述第二长度的第一端处的第一锥形区域和在所述第二长度的第二端处的第二锥形区域，所述第一锥形区域耦合到第二分割输出波导以用于输出沿反向方向从所述主输出波...

【专利技术属性】
技术研发人员：林杰，
申请(专利权)人：颖飞公司，
类型：新型
国别省市：