一种有机无机混合集成的可变光衰减器及其制备方法技术

一种有机无机混合集成的可变光衰减器及其制备方法，属于平板光波导器件及其制备技术领域，由硅衬底、二氧化硅下包层、条形结构的掺锗的二氧化硅输入波导和掺锗的二氧化硅输出波导、基于垂直MMI结构的层间转换器、掺硼和磷的二氧化硅上包层、1

【技术实现步骤摘要】
一种有机无机混合集成的可变光衰减器及其制备方法


[0001]本专利技术属于平板光波导器件及其制备
，具体涉及一种有机无机混合 集成的可变光衰减器及其制备方法。

技术介绍

[0002]可变光衰减器(VOA)是光通信中最基本的无源器件之一，已广泛用于波分 复用(Wavelength Division(De)Multiplex,WDM)网络中，实现系统中各信道间 光功率的均衡及传输系统的动态监测。二氧化硅波导耦合损耗低、热稳定性好， 但其热光系数较小，用以制备的热光可变光衰减器(Variable Optical Attenuator, VOA)功耗较大。与无机材料相比，有机聚合物材料具有低的热导系数和高的热 光系数的特点，所制备的热光VOA器件具有低功耗、结构紧凑等特点。
[0003]目前，大部分的集成光学器件都是基于二维平面光波导结构，当器件集成度 逐渐提高，二维集成的光波导器件会引入大量的波导交叉，从而引入串扰和损耗， 限制器件规模和集成度的进一步提升。为了进一步扩大器件的集成度，实现多功 能、大规模的器件集成，三维光子集成器件被国本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机无机混合集成的可变光衰减器，其特征在于：该可变光衰减器从下至上由以下7部分组成，1)硅衬底(1)；2)在硅衬底上制备的二氧化硅下包层(21)；3)在二氧化硅下包层(21)之上制备的条形结构的掺锗的二氧化硅输入波导(31)和掺锗的二氧化硅输出波导(32)；4)在二氧化硅下包层(21)之上，掺锗的二氧化硅输入波导(31)和掺锗的二氧化硅输出波导(32)之间制备的基于垂直MMI结构的层间转换器(41)；5)在二氧化硅下包层(21)之上制备的掺硼和磷的二氧化硅上包层(22)；6)在二氧化硅上包层(22)之上制备的1
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1马赫曾德热光开关(42)；7)在二氧化硅上包层(22)之上制备的聚合物上包层(5)；其中，1
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1马赫曾德热光开关(42)由聚合物输入波导(421)、MMI结构的3dB耦合器(4221、4222)、两条相互平行的调制臂波导(4241、4242)、弯曲连接波导(4231、4232、4233、4234)、聚合物输出波导(425)和加热电极(6)组成；二氧化硅输入波导(31)、二氧化硅输出波导(32)、层间转换器(41)、聚合物输入波导(421)、两条相互平行的调制臂波导(4241、4242)、弯曲连接波导(4231、4232、4233、4234)、聚合物输出波导(425)的宽度相同；二氧化硅输入波导(31)、1
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1马赫曾德热光开关(42)、二氧化硅输出波导(32)的厚度相同；二氧化硅输入波导(31)、基于垂直MMI结构的层间转换器(41)、二氧化硅输出波导(32)的下表面与二氧化硅下包层(21)的上表面为同一平面，二氧化硅上包层(22)上表面和聚合物输入波导(421)的下表面位于同一平面，层间转换器(41)和1
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1马赫曾德热光开关(42)的上表面位于同一平面；掺锗的二氧化硅输入波导(31)和掺锗的二氧化硅输出波导(32)的上面和侧面被二氧化硅上包层(22)包覆，基于垂直MMI结构的层间转换器(41)的侧面被二氧化硅上包层(22)和聚合物上包层(5)包覆，1
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1马赫曾德热光开关(42)的侧面被聚合物上包层(5)包覆，层间转换器(41)和1
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1马赫曾德热光开关(42)的上面被聚合物上包层(5)包覆。2.如权利要求1所述的一种有机无机混合集成的可变光衰减器，其特征在于：信号光从二氧化硅输入波导(31)进入，经过垂直MMI结构层间转换器(41)，由于MMI的自映像效应，光会耦合进入聚合物输入波导(421)中，经3
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dB耦合器(4221)分成两束功率、相位相同的光束分别进入调制臂波导(4241和4242)，当对其中一条调制臂波导(4241或4242)的加热电极(6)施加电压时，电极发热会使得该调制臂波导温度发生变化，会导致在其中传输的光的折射率发生变化，使得光的相位发生改变，此时存在相位差的两束光再次经过3
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dB耦合器(4222)时，自映像位置随之发生变化，从而使聚合物输出波导(425)中的光强发生变化，实现消光功能，完成可变光衰减。3.如权利要求1所述的一种有机无机混合集成的可变光衰减器，其特征在于：掺硼和磷的二氧化硅上包层(22)和掺锗的二氧化硅输入波导(31)和输出波导(32)的折射率差为0.36％～2％，其计算公式见式(1)，芯层折射率为n1，掺硼和磷的二氧化硅上包层折射率为n2，掺锗的二氧化硅输入波导和输出波导芯层的折射率大于掺硼和磷的二氧化硅上包层的折射率；
4.如权利要求3所述的一种有机无机混合集成的可变光衰减器，其特征在于：二氧化硅上包层(22)和二氧化硅芯层的折射率差为2％，其中掺锗的二氧化硅芯层波导折射率为1.4745，掺硼和磷的二氧化硅上包层(22)折射率为1.4456。5.如权利要求1所述的一种有机无机混合集成的可变光衰减器，其特征在于：用于制备聚合物输入波导(421)、3dB耦合器(4221)、调制臂波导(4241、4242)、弯曲连接波导(4231、4232、4233、4234)、3dB耦合器(4222)、聚合物输出波导(425)的聚合物芯层材料为SU
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8 2002、SU
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8 2005、EpoCore或EpoClad；聚合物上包层(5)材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚酯或聚苯乙烯；加热电极(6)的材料为金、银、铝中的一种或者多种组成的合金。6.如权利要求1所述的一种有机无机混合集成的可变光衰减器，其特征在于：二氧化硅下包层(21)的厚度为15μm，二氧化硅输入波导的厚度H1和宽度W1均为4μm，位于二氧化硅芯层波导之上的二氧化硅上包层(22)的厚度Hz为4μm，聚合物上包层(5)的厚度H
PMMA
为7μm；垂直MMI结构层间转换器(41)波导的长度L
MMI
为779μm，宽度W
MMI
为4μm，厚度H
MMI
为12μm；聚合物输入波导(421)和聚合物输出波导(425)的长度L1均为1000μm，四条弯曲连接波导(4231、4232、4233、4234)半径为10000μm，弯曲角度为1.79
°
；两条调制臂波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁颖智，尹悦鑫，许馨如，姚梦可，梁佳琦，吕昕雨，张大明，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：