一种大通道波分复用器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种大通道波分复用器，从下至上包括晶圆的衬底、晶圆的埋氧层、器件层和器件的SiO2上包层，所述器件层分别为微环谐振器、移相器、传输波导和阵列波导光栅，移相器加载在微环上，微环谐振器通过传输波导与上下两个阵列波导光栅相连。本实用新型专利技术通过微环谐振器级联两个输出通道波峰交错的波导阵列光栅，微环直通端的谐振波峰和下阵列波导光栅的各通道输出波峰对应重合，微环谐振器下载端的谐振波峰与上阵列波导光栅的各通道输出波峰对应重合，且上阵列波导光栅与下阵列波导光栅的输出波峰交错排列，从而形成交错信道的大通道波分复用器，解决了常规波分复用器波长通道数较少的问题，并在低串扰方面表现良好。并在低串扰方面表现良好。并在低串扰方面表现良好。

【技术实现步骤摘要】
一种大通道波分复用器


[0001]本技术涉及一种大通道波分复用器，属于半导体光信号传输


技术介绍

[0002]光纤通信是以光波为载体、光纤为传输媒质的通信方式，承载了全球通信数据容量的90％以上，光网络最大优势在于拥有波分复用技术，具有高速、大容量的传输能力，它的技术进步极大地推动光纤通信事业的发展，给传输技术带来了革命性的变革。基于材料的硅光子器件具有极小的尺寸和低廉的成本，其制备工艺与COMS工艺完全兼容并能与IC电路实现单片集成，凭借这种独特的优势，成为光纤通信研究领域的热点之一。目前硅光子中波分复用器主要有四种结构，刻蚀光栅(EDG)、微环谐振滤波器(Micro
‑
Ring Resonator,MRR)、级联MZI和阵列波导光栅(Silicon arrayed waveguide grating,Silicon AWG)。刻蚀光栅适用于粗分复用，无法实现密集波分复用，适用范围受到一定限制：微环谐振滤波器通过级联不同半径的微环，利用谐振波长实现解复用，受工艺影响，稳定的波长间隔难以控制，需要增加调谐系统，多个调谐系统会造成较大的额外功耗；MZI通过臂长差实现波分复用，当通道数增加时，级联次数也随之增加，芯片尺寸增大，不利于集成。鉴于以上原因，此三种硅光子器件未在波分复用领域广泛应用。而硅光子阵列波导光栅是一种综合性能最优异的波分复用/解复用器，自阵列波导光栅AWG诞生以来，由于其与MRR和MZI相比更紧凑，且具有更低的插入损耗和更好的串扰性能，因此得到了广泛的研究。有报道研制出了基于氮化硅的16通道AWG，在损耗0.5dB的情况下能够实现
‑
30dB的相邻通道串扰。但由于低折射率差的原因，整个器件的占地面积超过了1平方厘米。在硅的高折射率对比度特性基础上，设计了一种占地面积为400
×
600μm2的紧凑AWG。然而，相邻信道的串扰足有10分贝。此外，还提出了一些新颖的设计方案，如折叠结构。例如，在阵列波导上增加反射器，形成4通道折叠AWG，串扰和插入损耗分别约为
‑
20dB和3.5dB，结果都不是很理想。因此，如何在紧凑的占用空间内实现多通道高性能AWG仍然是一个挑战。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的问题及不足，本技术提供一种大通道波分复用器，本技术能解决大通道波分复用器通道串扰大的问题、常规波分复用器波长通道数较少的问题。
[0004]本技术技术方案是：一种大通道波分复用器，从下至上包括晶圆的衬底、晶圆的埋氧层、器件层和器件的SiO2上包层，所述器件层包括微环谐振器110、移相器120、下载端波导130、直通端波导140、上阵列波导光栅150和下阵列波导光栅160；所述移相器120加载在微环谐振器(110)上，微环谐振器110下载端通过下载端波导130与上阵列波导光栅(150)相连，微环谐振器(110)直通端通过直通端波导140与下阵列波导光栅160相连。
[0005]作为本技术的进一步方案，所述微环谐振器110包括输出直波导111、环形谐振腔112、输入直波导113；输出直波导111与位于输出直波导111下部的环形谐振腔112间存
在第一耦合区5，输入直波导113与位于输入直波导113上部的环形谐振腔112之间存在第二耦合区6，移相器120为连接电源调整微环谐振波长的器件，作用在环形谐振腔112上。
[0006]作为本技术的进一步方案，所述输出直波导111分为输出直波导下载端1和输出直波导输出端2，所述输入直波导113分为输入直波导输入端3和输入直波导直通端4。
[0007]作为本技术的进一步方案，所述下载端波导130包含半圆形弯曲波导和直波导，输出直波导下载端1通过下载端波导130连接上阵列波导光栅150的上输入波导8。
[0008]作为本技术的进一步方案，所述直通端波导140包含S型弯曲波导和直波导，微环谐振器110的输入直波导直通端4通过直通端波导140连接下阵列波导光栅160的下输入波导13。
[0009]作为本技术的进一步方案，所述上阵列波导光栅150包括上输入波导8、上输入平板波导9、上阵列波导10、上输出平板波导11和上输出波导12；上输入波导8连接上输入平板波导9；上输入平板波导9通过上阵列波导10连接上输出平板波导11，上输入平板波导9、上阵列波导10、上输出平板波导11形成罗兰圆结构，上输出平板波导11连接上输出波导12。
[0010]作为本技术的进一步方案，所述下阵列波导光栅160包括下输入波导13、下输入平板波导14、下阵列波导15、下输出平板波导16和下输出波导17；下输入波导13连接下输入平板波导14；下输入平板波导14通过下阵列波导15连接下输出平板波导16，下输入平板波导14、下阵列波导15、下输出平板波导16形成罗兰圆结构，下输出平板波导16连接下输出波导17。
[0011]作为本技术的进一步方案，所述微环谐振器110的自由光谱范围FSR等于上阵列波导光栅150的通道间隔，也等于下阵列波导光栅160的通道间隔。
[0012]作为本技术的进一步方案，所述上阵列波导光栅150与下阵列波导光栅160的中心波长存在
△
λ的中心波长差，所述微环谐振器110的自由光谱范围FSR等于2
△
λ，其中，
△
λ表示上阵列波导光栅150的通道间隔，且下阵列波导光栅160的通道间隔也为
△
λ。
[0013]作为本技术的进一步方案，所述微环谐振器110下载端的谐振波峰与上阵列波导光栅150各通道峰值波长重合，且微环谐振器110直通端的谐振波峰与下阵列波导光栅160各通道峰值波长重合。
[0014]本技术的工作原理是：通过加载于微环谐振器110上的移相器120调制作用，利用热光/电光效应改变微环谐振滤波器波导折射率，从而对微环谐振器110的谐振中心波长进行调节，使微环下载端的谐振波峰与上阵列波导光栅150(AWG)的输出波峰相匹配(如图5)，同时微环直通端谐振波峰与下阵列波导光栅160(AWG)的输出波峰重合(如图6)。在实际工作环境中，光信号从微环下直波导输入，一部分光经过直波导耦合进入环形谐振腔112，在经过半个周长的路径之后，产生谐振作用的波长信号从微环谐振器第一耦合区5耦合进入输出直波导111，从其下载端输出，经过一段弯曲的波导后，进入上阵列波导光栅150。另一部分光再经过直波导耦合进入环形谐振腔112之后，经过一个周长的路径，产生相位改变，由微环谐振器第二耦合区6耦合进入输入直波导113与原下输入直波导的光信号进行干涉，干涉后的光信号从输入直波导直通端4输出，经过一段弯曲波导进入下阵列波导光栅160。阵列波导光栅AWG由条形波导和阵列波导组成，随着阵列波导光栅AWG里阵列波导长度的线性增加，波长变化引起的相位变化沿输出孔径线性变化。因此，光的焦点沿着第二平
板波导的输出表面移动。通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大通道波分复用器，从下至上包括晶圆的衬底、晶圆的埋氧层、器件层和器件的SiO2上包层，其特征在于：所述器件层包括微环谐振器(110)、移相器(120)、下载端波导(130)、直通端波导(140)、上阵列波导光栅(150)和下阵列波导光栅(160)；所述移相器(120)加载在微环谐振器(110)上，微环谐振器(110)下载端通过下载端波导(130)与上阵列波导光栅(150)相连，微环谐振器(110)直通端通过直通端波导(140)与下阵列波导光栅(160)相连。2.根据权利要求1所述的大通道波分复用器，其特征在于：所述微环谐振器(110)包括输出直波导(111)、环形谐振腔(112)、输入直波导(113)；输出直波导(111)与位于输出直波导(111)下部的环形谐振腔(112)间存在第一耦合区(5)，输入直波导(113)与位于输入直波导(113)上部的环形谐振腔(112)之间存在第二耦合区(6)，移相器(120)为连接电源调整微环谐振波长的器件，作用在环形谐振腔(112)上。3.根据权利要求2所述的大通道波分复用器，其特征在于：所述输出直波导(111)分为输出直波导下载端(1)和输出直波导输出端(2)，所述输入直波导(113)分为输入直波导输入端(3)和输入直波导直通端(4)。4.根据权利要求1所述的大通道波分复用器，其特征在于：所述下载端波导(130)包含半圆形弯曲波导和直波导，输出直波导下载端(1)通过下载端波导(130)连接上阵列波导光栅(150)的上输入波导(8)。5.根据权利要求1所述的大通道波分复用器，其特征在于：所述直通端波导(140)包含S型弯曲波导和直波导，微环谐振器(110)的输入直波导直通端(4)通过直通端波导(140)连接下阵列波导光栅(160)的下输入波导(13)。6.根据权利要求1所述的大通道波分复用器，其特征在于：所述上阵列波导光栅(150)包括上输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：方青，刘世平，赵顺才，陈华，马晓悦，胡鹤鸣，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：