片上光放大器及其制造方法技术

本申请提供一种片上光放大器及其制造方法，所述片上光放大器包括：衬底；氧化层，覆盖在所述衬底上；波导层，位于所述氧化层上；增益介质层，位于所述波导层内，用于构成使光场集中的狭缝结构；其中，所述波导层的折射率大于所述增益介质层的折射率。所述增益介质层的折射率。所述增益介质层的折射率。

【技术实现步骤摘要】
片上光放大器及其制造方法


[0001]本申请涉及光通信器件领域，具体是涉及一种片上光放大器及其制造方法。

技术介绍

[0002]光波导放大器是硅光通信系统中不可或缺的器件，对于光信号的片上放大和损耗补偿起着重要作用。由于间接带隙硅材料的发光缺陷，以及现代光通信系统对于超长传输距离的需求，如何提高片上光放大器的增益效果成为了目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本申请实施例提供了一种片上光放大器及其制造方法。
[0004]第一方面，本申请实施例提供了一种片上光放大器，包括：
[0005]衬底；
[0006]氧化层，覆盖在所述衬底上；
[0007]波导层，位于所述氧化层上；
[0008]增益介质层，位于所述波导层内，用于构成使光场集中的狭缝结构；其中，所述波导层的折射率大于所述增益介质层的折射率。
[0009]在一些实施例中，所述波导层在平行于所述衬底表面的方向上，包括：狭缝波导区；
[0010]所述狭缝波导区位于所述波导层的光路延伸方向上的至少部分中间区域中；
[0011]所述增益介质层位于所述狭缝波导区所在的波导层内。
[0012]在一些实施例中，所述增益介质层的材料为掺铒增益材料。
[0013]在一些实施例中，所述狭缝波导区的所述波导层在所述光路延伸方向上的截面的底边宽度大于顶边宽度。
[0014]在一些实施例中，所述波导层在平行于所述衬底表面的方向上，还包括：两个阶梯区，分别在所述光路延伸方向上位于所述狭缝波导区的两端；
[0015]所述阶梯区的波导层为多层阶梯结构。
[0016]在一些实施例中，所述阶梯区的每一层阶梯结构的宽度沿远离所述狭缝波导区的方向逐渐减小。
[0017]在一些实施例中，所述阶梯区的各层阶梯结构的宽度，在垂直于衬底表面的方向由下至上逐层减小。
[0018]在一些实施例中，所述阶梯区的各层阶梯结构的长度，在垂直于衬底表面的方向由下至上逐层减小。
[0019]在一些实施例中，所述阶梯区包括：
[0020]片上波导区；所述片上波导区用于接收光信号或输出光信号；
[0021]位于所述片上波导区以及狭缝波导区之间的模式转换区；所述模式转换区用于在所述片上波导区以及狭缝波导区之间传输光信号。
[0022]在一些实施例中，所述片上光放大器，还包括：波导包层，覆盖在所述氧化层和波导层上。
[0023]另一方面，本申请实施例还提供了一种片上光放大器的制备方法，包括：
[0024]在衬底上形成氧化层；
[0025]形成覆盖所述氧化层的波导层；
[0026]在所述波导层中形成增益介质层，其中，所述增益介质层用于构成使光场集中的狭缝结构；所述波导层的折射率大于所述增益介质层的折射率。
[0027]在一些实施例中，所述形成覆盖所述氧化层的波导层，以及所述在所述波导层中形成增益介质层，包括：
[0028]形成覆盖所述氧化层的第一波导层；
[0029]在所述第一波导层上形成所述增益介质层；
[0030]形成覆盖所述增益介质层的第二波导层；其中，所述第一波导层和所述第二波导层构成所述波导层。
[0031]在一些实施例中，所述波导层在平行于所述衬底表面的方向上，包括：狭缝波导区；所述狭缝波导区位于所述波导层的光路延伸方向上的至少部分中间区域中；所述在所述第一波导层上形成所述增益介质层，包括：
[0032]在所述第一波导层上的所述狭缝波导区内形成沟槽结构，其中，所述沟槽结构的深度小于所述第一波导层的厚度；
[0033]在所述沟槽结构中形成所述增益介质层，其中，所述增益介质层的厚度小于或等于所述沟槽结构的深度。
[0034]在一些实施例中，所述片上光放大器的制备方法包括：
[0035]在所述波导层在所述光路延伸方向上位于所述狭缝结构的两端形成两个多层阶梯结构。
[0036]在一些实施例中，所述形成两个多层阶梯结构的方法包括：
[0037]在所述波导层的所述光路延伸方向上，形成宽度由中间向两端逐渐减小的梯形结构；其中，所述梯形结构的最大宽度小于或等于所述衬底宽度；
[0038]在所述狭缝结构两端的所述梯形结构处，从上往下依次逐层形成所述多层阶梯结构；其中，所述多层阶梯结构的宽度与长度，均在垂直于衬底表面的方向由下至上逐层减小。
[0039]在一些实施例中，所述片上光放大器的制备方法包括：
[0040]对所述波导层表面进行平坦化处理。
[0041]在一些实施例中，所述片上光放大器的制备方法还包括：
[0042]形成覆盖所述氧化层和波导层的波导包层。
[0043]通过本申请实施例所提供的片上光放大器，光信号经由所述片上波导区输入，再通过所述模式转换区的片上耦合，然后进入所述狭缝波导区实现片上放大。这样，一方面，具有较高折射率对比度的狭缝结构可以提升片上光放大器的泵浦吸收效率以及增益效果；另一方面，狭缝结构具有较好的交界面平坦度，可以降低传输损耗。
附图说明
[0044]图1为本申请实施例提供的一种片上光放大器的结构示意图；
[0045]图2为本申请另一实施例提供的一种片上光放大器的结构示意图；
[0046]图3为本申请实施例提供的一种片上光放大器的狭缝波导区在光路延伸方向的截面图；
[0047]图4为本申请实施例提供的一种片上光放大器的阶梯区所在波导层的结构示意图；
[0048]图5为本申请实施例提供的一种片上光放大器的模式转换区和片上波导区所在波导层的结构示意图；
[0049]图6为本申请实施例提供的一种片上光放大器的阶梯区的俯视图；
[0050]图7为本申请实施例提供的一种片上光放大器的阶梯区在光路延伸方向的截面图；
[0051]图8为本申请另一实施例提供的一种片上光放大器的结构示意图；
[0052]图9为本申请实施例提供的一种片上光放大器的制造方法的步骤流程图；
[0053]图10为本申请另一实施例提供的一种片上光放大器的制造方法的步骤流程图；
[0054]图11a
‑
g为本申请实施例提供的一种片上光放大器的制造过程中的结构示意图；
[0055]图12为本申请另一实施例提供的一种片上光放大器的结构示意图；
[0056]图13为本申请另一实施例提供的一种片上光放大器的狭缝波导区在光路延伸方向的截面图；
[0057]图14为本申请另一实施例提供的一种片上光放大器的模式转换区所在的波导层的结构示意图；
[0058]图15为本申请另一实施例提供的一种片上光放大器的模式转换区的俯视图；
[0059]图16为本申请另一实施例提供的一种片上光放大器的光场传输变化的示意图；
[0060]图17为本申请另一实施例提供的一种片上光放大器中狭缝结构的传输仿真图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片上光放大器，其特征在于，包括：衬底；氧化层，覆盖在所述衬底上；波导层，位于所述氧化层上；增益介质层，位于所述波导层内，用于构成使光场集中的狭缝结构；其中，所述波导层的折射率大于所述增益介质层的折射率。2.如权利要求1所述的片上光放大器，其特征在于，所述波导层在平行于所述衬底表面的方向上，包括：狭缝波导区；所述狭缝波导区位于所述波导层的光路延伸方向上的至少部分中间区域中；所述增益介质层位于所述狭缝波导区所在的波导层内。3.如权利要求2所述的片上光放大器，其特征在于，所述增益介质层的材料为掺铒增益材料。4.如权利要求2所述的片上光放大器，其特征在于，所述狭缝波导区的所述波导层在所述光路延伸方向上的截面的底边宽度大于顶边宽度。5.如权利要求2所述的片上光放大器，其特征在于，所述波导层在平行于所述衬底表面的方向上，还包括：两个阶梯区，分别在所述光路延伸方向上位于所述狭缝波导区的两端；所述阶梯区的波导层为多层阶梯结构。6.如权利要求5所述的片上光放大器，其特征在于，所述阶梯区的每一层阶梯结构的宽度沿远离所述狭缝波导区的方向逐渐减小。7.如权利要求5所述的片上光放大器，其特征在于，所述阶梯区的各层阶梯结构的宽度，在垂直于衬底表面的方向由下至上逐层减小。8.如权利要求5所述的片上光放大器，其特征在于，所述阶梯区的各层阶梯结构的长度，在垂直于衬底表面的方向由下至上逐层减小。9.如权利要求5所述的片上光放大器，其特征在于，所述阶梯区包括：片上波导区；所述片上波导区用于接收光信号或输出光信号；位于所述片上波导区以及狭缝波导区之间的模式转换区；所述模式转换区用于在所述片上波导区以及狭缝波导区之间传输光信号。10.如权利要求1所述的片上光放大器，其特征在于，还包括：波导包层，覆盖在所述氧化层和波导层上。11.一种片上光放大器的制备方法，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：周佩奇，肖希，王磊，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：