一种非对称性光栅耦合器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种非对称性光栅耦合器及其制备方法，制备方法包括步骤：提供衬底，并在衬底上形成光栅材料层；对所述光栅材料层进行刻蚀形成光栅层；其中，所述光栅层上具有一维光栅结构，所述一维光栅结构具有180度面内旋转对称性；在所述光栅层上刻蚀形成通孔；其中，所述通孔位于所述一维光栅结构的侧面；自所述通孔处对所述衬底进行刻蚀形成凹槽；其中，所述凹槽覆盖所述一维光栅结构和所述通孔所在的位置。本申请可在保持180度面内旋转对称性的前提下实现了上下辐射的不对称，因此可以避免相对较复杂的倾斜刻蚀工艺，简化了工艺流程，由于本申请的非对称性光栅耦合器的制备工艺更简单，从而可以确保良品率更高。从而可以确保良品率更高。从而可以确保良品率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种非对称性光栅耦合器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光子集成器件领域，尤其涉及的是一种非对称性光栅耦合器及其制备方法。

技术介绍

[0002]为了实现光电集成芯片和光纤之间的高效光耦合，通常需要耦合部分的光栅具有较高的非对称单向辐射特性，因此不同的制作工艺被用来增强光栅的非对称单向辐射特性，比如使用闪耀光栅或者在耦合器底部增加金属反射镜或者在底部增加布拉格多层反射薄膜，但是这些工艺与传统的CMOS加工技术不兼容，并且工艺容差较小，良品率不高。对于闪耀光栅而言，其单向辐射特性极度依赖于光栅的几何形状特别是倾斜角，对于布拉格多层反射薄膜而言，其单向辐射特性极度依赖于多层薄膜的厚度和位置，而实际工艺很难达到上述要求的精度，导致良品率不高。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种非对称性光栅耦合器及其制备方法，旨在解决现有技术中非对称性光栅耦合器制备的耦合效率低和良品率低的问题。
[0005]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0006]一种非对称性光栅耦合器的制备方法，其中，包括步骤：
[0007]提供衬底，并在衬底上形成光栅材料层；
[0008]对所述光栅材料层进行刻蚀形成光栅层；其中，所述光栅层上具有一维光栅结构，所述一维光栅结构具有180度面内旋转对称性；
[0009]在所述光栅层上刻蚀形成通孔；其中，所述通孔位于所述一维光栅结构的侧面；
[0010]自所述通孔处对所述衬底进行刻蚀形成凹槽；其中，所述凹槽覆盖所述一维光栅结构和所述通孔所在的位置。
[0011]所述的非对称性光栅耦合器的制备方法，其中，所述光栅层为硅光栅层；
[0012]所述对所述光栅材料层进行刻蚀形成一维光栅结构和光栅层，包括：
[0013]在所述光栅材料层上形成光刻胶，并对所述光刻胶进行曝光和显影；
[0014]对所述光栅材料层进行刻蚀后去除光刻胶，形成一维光栅结构和光栅层。
[0015]所述的非对称性光栅耦合器的制备方法，其中，所述在所述光栅层上刻蚀形成通孔，包括：
[0016]在所述一维光栅结构和所述光栅层上形成光刻胶，并对所述光刻胶进行曝光和显影；
[0017]对所述光栅层进行刻蚀后去除光刻胶，形成通孔。
[0018]所述的非对称性光栅耦合器的制备方法，其中，所述衬底为二氧化硅衬底；
[0019]所述自所述通孔处对所述衬底进行刻蚀形成凹槽，包括：
[0020]在所述通孔处注入氢氟酸溶液对所述衬底进行刻蚀形成凹槽。
[0021]一种非对称性光栅耦合器，其中，包括：
[0022]衬底；
[0023]光栅层，设置于所述衬底上；
[0024]其中，所述光栅层背离所述衬底一侧具有一维光栅结构，所述一维光栅结构具有180度面内旋转对称性；
[0025]所述光栅层上所述一维光栅结构的侧面设置有通孔；
[0026]所述衬底朝向所述光栅层的一侧设置有凹槽，所述凹槽覆盖所述一维光栅结构和所述通孔所在的位置。
[0027]所述的非对称性光栅耦合器，其中，所述一维光栅结构包括：
[0028]依次排列的宽度渐变光栅和均匀光栅；
[0029]其中，所述宽度渐变光栅中的光栅间隔逐渐增大至所述均匀光栅中的光栅间距。
[0030]所述的非对称性光栅耦合器，其中，所述光栅层的厚度为600nm，所述均匀光栅的光栅周期为925nm，所述均匀光栅的光栅间隔为767nm，所述均匀光栅的光栅高度为342nm，所述一维光栅结构的长度为27mm。
[0031]所述的非对称性光栅耦合器，其中，所述一维光栅结构在归一化波矢为0.26耦合处实现单向辐射，上下非对称辐射能量比达40dB。
[0032]所述的非对称性光栅耦合器，其中，所述衬底为二氧化硅衬底，所述光栅层为硅光栅层。
[0033]所述的非对称性光栅耦合器，其中，所述通孔有至少两个，分别位于所述一维光栅结构的两侧。
[0034]有益效果：本申请可在保持180度面内旋转对称性的前提下实现了上下辐射的不对称，因此可以避免相对较复杂的倾斜刻蚀工艺，简化了工艺流程，由于本申请的非对称性光栅耦合器的制备工艺更简单，从而可以在较高耦合效率的情况下确保良品率更高。
附图说明
[0035]图1是本专利技术中非对称性光栅耦合器的制备方法的流程图(选取其中部分四个光栅为示例进行举例说明)。
[0036]图2是本专利技术中非对称性光栅耦合器的部分光栅示意图。
[0037]图3是本专利技术中一维光栅结构单元格的结构图和本征模场的电场实部。
[0038]图4是本专利技术中一维光栅结构的能带图。
[0039]图5是本专利技术中一维光栅结构的TE
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4能带的上下辐射比随波矢的变化图。
[0040]图6是本专利技术中光栅耦合器反向耦合工作模式的示意图。
[0041]图7是本专利技术中光栅耦合器正向耦合工作模式的示意图。
[0042]图8是本专利技术中光栅耦合器的一维完整结构图以及在1550nm处反向耦合时的电场实部和电场强度。
[0043]图9是本专利技术中光栅耦合器的能量分布图。
[0044]附图标记说明：
[0045]10、衬底；11、凹槽；20、光栅层；21、一维光栅结构；22、通孔；31、光刻胶；32、光刻胶。
具体实施方式
[0046]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。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。
[0047]请同时参阅图1
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图9，本专利技术提供了一种非对称性光栅耦合器的制备方法的一些实施例。
[0048]如图1所示，本专利技术实施例的非对称性光栅耦合器的制备方法，包括以下步骤：
[0049]步骤S100、提供衬底，并在衬底上形成光栅材料层。
[0050]步骤S200、对所述光栅材料层进行刻蚀形成光栅层；其中，所述光栅层上具有一维光栅结构，所述一维光栅结构具有180度面内旋转对称性。
[0051]步骤S300、在所述光栅层上刻蚀形成通孔；其中，所述通孔位于所述一维光栅结构的侧面。
[0052]步骤S400、自所述通孔处对所述衬底进行刻蚀形成凹槽；其中，所述凹槽覆盖所述一维光栅结构和所述通孔所在的位置。
[0053]具体地，通过对光栅材料层进行刻蚀，在光栅材料层上半部分形成一维光栅结构21，而光栅材料层的下半部分作为光栅层20。一维光栅结构21具有180度面内旋转对称性，也就是说，以竖直方向为旋转中心，将光栅层20转动180度，转动后的一维光栅结构21与转动之前的一维光栅结构21重合。由于在光栅层20的上表面形成一维光栅结构21，且一维光栅结构上为空气层，一维光栅结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称性光栅耦合器的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供衬底，并在衬底上形成光栅材料层；对所述光栅材料层进行刻蚀形成光栅层；其中，所述光栅层上具有一维光栅结构，所述一维光栅结构具有180度面内旋转对称性；在所述光栅层上刻蚀形成通孔；其中，所述通孔位于所述一维光栅结构的侧面；自所述通孔处对所述衬底进行刻蚀形成凹槽；其中，所述凹槽覆盖所述一维光栅结构和所述通孔所在的位置。2.根据权利要求1所述的非对称性光栅耦合器的制备方法，其特征在于，所述光栅层为硅光栅层；所述对所述光栅材料层进行刻蚀形成一维光栅结构和光栅层，包括：在所述光栅材料层上形成光刻胶，并对所述光刻胶进行曝光和显影；对所述光栅材料层进行刻蚀后去除光刻胶，形成一维光栅结构和光栅层。3.根据权利要求2所述的非对称性光栅耦合器的制备方法，其特征在于，所述在所述光栅层上刻蚀形成通孔，包括：在所述一维光栅结构和所述光栅层上形成光刻胶，并对所述光刻胶进行曝光和显影；对所述光栅层进行刻蚀后去除光刻胶，形成通孔。4.根据权利要求1所述的非对称性光栅耦合器的制备方法，其特征在于，所述衬底为二氧化硅衬底；所述自所述通孔处对所述衬底进行刻蚀形成凹槽，包括：在所述通孔处注入氢氟酸溶液对所述衬底进行刻蚀形成凹槽。5.一种非对称性光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩然，彭超，胡月枫，区健川，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：