一种平坦近零色散光波导结构制造技术

本发明专利技术公开了一种平坦近零色散光波导结构，包括衬底、窄条形光波导、宽条形光波导和包层，所述窄条形光波导和所述宽条形光波导的高度和长度相同，所述窄条形光波导和所述宽条形光波导的宽度不同，所述窄条形光波导和所述宽条形光波导相互平行，并且上表面的水平高度一致，所述包层覆盖在所述窄条形光波导、所述宽条形光波导和所述衬底的表面，所述窄条形波导中的TE

【技术实现步骤摘要】
一种平坦近零色散光波导结构


[0001]本专利技术涉及光集成
，具体涉及一种平坦近零色散光波导结构。

技术介绍

[0002]色散是光波导的重要属性，与非线性现象结合可以影响光脉冲在频域的演化。近零色散更容易实现相互作用光波的相位匹配条件，从而增加非线性过程中的能量转化效率。因此平坦近零色散在一些宽谱的非线性应用中有着重要的作用，诸如宽带光学放大、超快光脉冲操作、光频梳产生、超连续谱产生等应用。
[0003]由于光波导高的折射率对比度和严格的模式限制，使其具有非常强的非线性现象，这也使光波导的色散裁剪成为了研究的热点。但是由于光波导只有很少的几何参数可以调控以及占主导地位的波导色散，使得光波导的色散裁剪异常困难。为了对光波导进行平坦色散裁剪提出了狭缝辅助波导结构，但是由于裁剪的色散曲线对狭缝的距离特别敏感，使其在加工上非常困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服
技术介绍
中所描述的问题，提出一种平坦近零色散光波导结构，其由一个窄条形波导和宽条形波导构成，通过窄条形波导中TE
00
模和宽条形波导中的TE
10
模的耦合产生反对称模，对光波导的色散进行平坦裁剪，产生了宽谱的平坦近零色散，而且所使用波导结构又很容易制作。
[0005]本专利技术解决其技术问题的技术方案为：
[0006]一种平坦近零色散光波导结构，用于波导色散的平坦近零调控，包括衬底、窄条形波导、宽条形波导和包层；
[0007]所述窄条形波导和所述宽条形波导的高度和长度相同；
[0008]所述窄条形波导和所述宽条形波导相互平行，并且上表面的水平高度一致；
[0009]所述包层覆盖在所述窄条形波导、所述宽条形波导和所述衬底的表面，所述窄条形波导和所述宽条形波导之间的狭缝充满所述衬底；
[0010]所述衬底由二氧化硅制成，所述窄条形波导和所述宽条形波导均为氮化硅波导，通过大马士革工艺在二氧化硅衬底上制备，所述包层由二氧化硅制成；
[0011]所述窄条形波导的高度为650nm，宽度为1750nm；所述宽条形波导高度为650nm，宽度为4300nm；所述窄条形波导和所述宽条形波导之间狭缝的距离为240nm；
[0012]所述窄条形波导用于传输TE
00
模，所述宽条形波导用于传输耦合产生的TE
10
模。
[0013]进一步地，所述窄条形波导中的TE
00
模和宽条形波导中的TE
10
模在规定波长处具有相同的等效折射率；在短波长处激发窄条形波导中的TE
00
模，窄条形波导中的TE
00
模和宽条形波导中的TE
10
模耦合产生反对称模式，并对整个波导的色散进行裁剪，产生平坦近零色散。
[0014]有益效果：
[0015]本专利技术通过波导参数的设计，使窄波导中的TE
00
模和宽波导中的TE
10
模发生耦合并产生了反对称模式，根据耦合模理论，产生的反对称模会提供额外的反常色散，扩展了色散曲线的反常色散区域，并对波导的总色散进行平坦，从而产生平坦近零色散曲线。
附图说明
[0016]下面将对所提出的实施例中所使用的附图作简要地介绍，以便更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，显然，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
[0017]图1为本专利技术的平坦近零色散光波导结构的主视图。
[0018]图2为本专利技术的平坦近零色散光波导结构的剖视图。
[0019]图3为本专利技术示例性的平坦近零色散光波导结构的折射率分布图。
[0020]图4为本专利技术示例性的平坦近零色散光波导结构的光强分布图。
[0021]图5为本专利技术示例性的平坦近零色散光波导结构的色散曲线。
具体实施方式
[0022]下面参照实施例中附图，对本专利技术的实施例中的技术方案进行详细的描述。
[0023]请参考图1
‑
2，本专利技术的一种平坦近零色散光波导结构包括衬底1、窄条形波导2、宽条形波3和包层4。衬底1为二氧化硅材料，通过硅片上表面热氧化制备。窄条形波导2和宽条形波导3的高度和长度相同，并且上表面的水平高度一致。窄条形波导2和宽条形波导3为氮化硅材料，通过大马士革工艺在热氧化硅基底上制备。包层4为二氧化硅材料，覆盖在窄条形波导2、宽条形波导3和衬底1的上表面。窄条形波导2和宽条形波导3之间的狭缝充满所述衬底1。
[0024]通过合理的设计窄条形波导2和宽条形波导3的高度和宽度，使窄条形波导2中的TE
00
模和宽条形波3中的TE
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模在波长λ
c
处有相同的折射率。具体的波导参数为：窄条形波导2的高度H为650nm，宽度W1为1750nm，宽条形波导3高度H为650nm，宽度W2为4300nm，窄条形波导和宽条形波导之间狭缝的距离G为240nm。窄条形波导2和宽条形波导3之间狭缝的距离满足耦合条件时，会产生对称和反对称模，它们的等效折射率如图3所示。其中对称模式会提供额外的正常色散，而反对称模式会提供额外的反常色散。这里选择使用反对称模式对波导的色散进行色散裁剪。
[0025]反对称模式的光强分布如图4所示，当波长小于模式转换波长λ
c
时，反对称模式的能量主要以TE
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模的形式存在于窄条形波导2中；当波长等于模式转换波长λ
c
时，反对称模式的能量不仅仅以TE
00
模的形式存在于窄条形波导2中，还有很大一部分能量以TE
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模的形式存在于宽条形波导3中，这是反对称模式的模场发生显著变化的分界点；当波长大于模式转换波长λ
c
时，反对称模式的能量主要以TE
10
模的形式存在于窄条形波导2中；随着波长的进一步增加，反对对称模式会逐渐扩散并截止。
[0026]为准确的激发反对称模式，根据反对称模式的光强分布图4，可知在短波长处反对称模式的能量主要以TE
00
模的形式存在于窄条形波导2中，因此可以通过在短波长处激发窄条形波导2中的TE
00
模来获得反对称模式。
[0027]模式耦合获得反对称模式，扩展了色散曲线的异常色散区域，并提升了色散曲线
的平坦度，如图5中的黑色实线所示，相比其它模式的色散曲线，平坦度有了很大的提升。由于模式转换波长λ
c
远离色散裁剪区域，在色散曲线平坦的范围内，能量主要以TE
00
模的形式存在于窄条形波导中。
[0028]本专利技术的创新之处在于：在单层波导结构中使用TE
00
模和TE
10
模的耦合产生反对称模，扩展了色散曲线的反常色散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平坦近零色散光波导结构，其特征在于：用于波导色散的平坦近零调控，包括衬底(1)、窄条形波导(2)、宽条形波导(3)和包层(4)；所述窄条形波导(2)和所述宽条形波导(3)的高度和长度相同；所述窄条形波导(2)和所述宽条形波导(3)相互平行，并且上表面的水平高度一致；所述包层(4)覆盖在所述窄条形波导(2)、所述宽条形波导(3)和所述衬底(1)的表面，所述窄条形波导(2)和所述宽条形波导(3)之间的狭缝充满所述衬底(1)；所述衬底(1)由二氧化硅制成，所述窄条形波导(2)和所述宽条形波导(3)均由氮化硅制成，所述包层(4)由二氧化硅制成；所述窄条形波导(2)的高度为650nm，宽度为1750nm；所述宽条形波导(3)高度为650nm，宽度为4300nm；所述窄条形波导(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家琅，王安廷，张思远，姚俊娜，江新华，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：