基于Si3N4光栅的OADM器件制造技术

本发明专利技术涉及基于Si3N4光栅的OADM器件，属半导体光信号传输领域。本发明专利技术从下自上依次为衬底层、底层波导芯层、中层波导芯层、顶层电极层；底层波导芯层包括2

【技术实现步骤摘要】
基于Si3N4光栅的OADM器件


[0001]本专利技术涉及一种基于Si3N4光栅的OADM器件，属于半导体光信号传输


技术介绍

[0002]光网络实现了位于地球上大多数地方的信息的高容量互连。新服务和用户对带宽增长的需求刺激了光波行业的创新，包括将所有网络用户直接连接到千兆光链路的诱人前景。带宽需求的巨大增长正在将光纤基础设施的利用率推向极限。为了满足这一要求，将通信信道分配给光频谱中的分区已将波分复用技术(WDM)传输确立为增加容量的常规方法，它可将多种波长不同的载波信号在发送端经复用器汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输，在接收端经解复用器将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。在波分复用技术下在接入网中引入了光分插复用器(OADM)，实现光通道的选择性添加和过滤，并使实现网络功能的光学方法成为可能。由于光分插复用技器件利用低损耗，低成本无源器件即可实现这一功能成为应用热点。其中布拉格光栅因其可选择波长性在设计光分插复用器中而备受关注。布拉格光栅中心波长、周期可由用户选择，从而根据应用需求选择波长。

技术实现思路

[0003]基于以上需要，本专利技术提供基于Si3N4光栅的OADM器件，利用多模干涉耦合器的分光特性与光栅的分波特性达到波长选择利用的目的；通过使用Si3N4光栅，加长光栅周期降低了制作光栅时在制作工艺上的难度；通过层间耦合的信号交互形式在一定程度上减少了目前光栅型OADM器件的大尺寸问题；实现光网络光纤的容量增长。
[0004]本专利技术技术方案是：基于Si3N4光栅的OADM器件，结构从下自上依次为衬底层、底层波导芯层4、中层波导芯层5、顶层电极层6，各个层间均有包覆层隔开；所述底层波导芯层4包括2
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2多模干涉耦合器I1、2
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2多模干涉耦合器Ⅱ3、锥形输出波导X1、锥形输出波导X2、锥形输入波导X3、锥形输入波导X4；2
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2多模干涉耦合器I1分别与锥形输出波导X1、锥形输出波导X2连接，锥形输入波导X3、锥形输入波导X4分别与2
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2多模干涉耦合器Ⅱ3连接；
[0005]所述中层波导芯层5包括Si3N4光栅Ⅰ2、锥形输入波导Y1、锥形输入波导Y2、锥形输出波导Y3、锥形输出波导Y4、输入端直波导Z1、输入端直波导Z2、输出端直波导Z3、输出端直波导Z4、Si3N4光栅Ⅱ7；
[0006]所述顶层电极层6中电极分布于2
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2多模干涉耦合器I1、2
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2多模干涉耦合器Ⅱ3的多模波导区I15、多模波导区Ⅱ35上方以及Si3N4光栅I2上方；
[0007]所述2
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2多模干涉耦合器I1、2
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2多模干涉耦合器Ⅱ3分别位于中层波导芯层5首尾下方关于中层波导芯层5的中心呈对称分布；
[0008]锥形输入波导Y1、输入端直波导Z1、Si3N4光栅I2、输出端直波导Z3、锥形输出波导Y3依次连接；
[0009]锥形输入波导Y2、输入端直波导Z2、Si3N4光栅Ⅱ7、输出端直波导Z4、锥形输出波导
Y4依次连接；
[0010]锥形输入波导Y1、锥形输入波导Y2分别位于锥形输出波导X1、锥形输出波导X2正上方，锥形输出波导Y3、锥形输出波导Y4分别锥形输入波导X3、锥形输入波导X4正上方。
[0011]作为本专利技术的进一步方案，所述2
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2多模干涉耦合器I1包括单模输入波导I11、单模输入波导Ⅱ12、多模波导区I15、单模输出波导I13、单模输出波导Ⅱ14；单模输入波导I11、单模输入波导Ⅱ12均与多模波导区I15相连，多模波导区I15分别与单模输出波导Ⅰ13、单模输出波导Ⅱ14相连，单模输出波导I13、单模输出波导Ⅱ14分别连接锥形输出波导X1、锥形输出波导X2；
[0012]所述2
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2多模干涉耦合器Ⅱ3包括单模输入波导Ⅲ31、单模输入波导IV32、多模波导区Ⅱ35、单模输出波导Ⅲ33、单模输出波导IV34；锥形输入波导X3、锥形输入波导X4分别与单模输入波导Ⅲ31、单模输入波导IV32相连，单模输入波导Ⅲ31、单模输入波导IV32均与多模波导区Ⅱ35连接，多模波导区Ⅱ35再分别与单模输出波导Ⅲ33、单模输出波导IV34连接；
[0013]所述锥形输出波导X1、锥形输出波导X2尖端朝右，锥形输入波导X3、锥形输入波导X4尖端朝左；锥形输入波导Y1、锥形输入波导Y2尖端朝左，锥形输出波导Y3、锥形输出波导Y4尖端朝右。
[0014]作为本专利技术的进一步方案，所述底层波导芯层4在中层波导芯层5下方，底层波导芯层4与中层波导芯层5进行层间耦合具体为：光信号由2
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2多模干涉耦合器I1完成分光后进入锥形输出波导X1、锥形输出波导X2后耦合进锥形输入波导Y1、锥形输入波导Y2，通过Si3N4光栅I2、Si3N4光栅Ⅱ7后根据布拉格条件将符合布拉格波长的光信号反射至2
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2多模干涉耦合器I1，其余波长光信号经过输出端直波导Z3、输出端直波导Z4和锥形输出波导Y3、锥形输出波导Y4耦合进锥形输入波导X3、锥形输入波导X4再进入2
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2多模干涉耦合器Ⅱ3。
[0015]作为本专利技术的进一步方案，所述顶层电极层6中设置有加热电极，通过顶层电极层6中的加热电极进行热光调制使得Si3N4光栅I2、Si3N4光栅Ⅱ7的折射率随温度改变从而实现光栅布拉格波长的调制；通过对2
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2多模干涉耦合器I1、2
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2多模干涉耦合器Ⅱ3进行热光调制用于选择光信号的输出通道实现开关的作用。
[0016]作为本专利技术的进一步方案，所述衬底层材料为Si，底层波导芯层4中使用Si制作2
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2多模干涉耦合器，中层波导芯层5中使用Si3N4制作布拉格光栅，顶层电极层6使用TiN制作电极，锥形输出波导X1、锥形输出波导X2、锥形输入波导X3、锥形输入波导X4材料为Si，锥形输入波导Y1、锥形输入波导Y2、锥形输出波导Y3、锥形输出波导Y4材料为Si3N4，输入端直波导Z1、输入端直波导Z2、输出端直波导Z3、输出端直波导Z4材料为Si3N4；包覆层为SiO2。
[0017]顶层电极层6包含用于对2
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2多模干涉耦合器I1、2
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2多模干涉耦合器Ⅱ3进行相位调制以及对Si3N4光栅I2、Si3N4光栅Ⅱ7进行热光调制的电极，本专利技术主要由中层波导芯层5中Si3N4光栅I2、Si3N4光栅Ⅱ7进行波长的分离，通过层间耦合实现信号交互。
[0018]所述2
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2多模干涉耦合器I1包括单模输入波导I11、单模输入波导Ⅱ12、多模波导区I15、单模输出波导I13、单模输出波导Ⅱ14；所述2
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2多模干涉耦合器Ⅱ3包括单模输入波导Ⅲ31、单模输入波导IV32、多模波导区Ⅱ35、单模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于Si3N4光栅的OADM器件，其特征在于：结构从下自上依次为衬底层、底层波导芯层(4)、中层波导芯层(5)、顶层电极层(6)，各个层间均有包覆层隔开；所述底层波导芯层(4)包括2
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2多模干涉耦合器Ⅰ(1)、2
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2多模干涉耦合器Ⅱ(3)、锥形输出波导X1、锥形输出波导X2、锥形输入波导X3、锥形输入波导X4；2
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2多模干涉耦合器Ⅰ(1)分别与锥形输出波导X1、锥形输出波导X2连接，锥形输入波导X3、锥形输入波导X4分别与2
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2多模干涉耦合器Ⅱ(3)连接；所述中层波导芯层(5)包括Si3N4光栅Ⅰ(2)、锥形输入波导Y1、锥形输入波导Y2、锥形输出波导Y3、锥形输出波导Y4、输入端直波导Z1、输入端直波导Z2、输出端直波导Z3、输出端直波导Z4、Si3N4光栅Ⅱ(7)；锥形输入波导Y1、输入端直波导Z1、Si3N4光栅Ⅰ(2)、输出端直波导Z3、锥形输出波导Y3依次连接；锥形输入波导Y2、输入端直波导Z2、Si3N4光栅Ⅱ(7)、输出端直波导Z4、锥形输出波导Y4依次连接；锥形输入波导Y1、锥形输入波导Y2分别位于锥形输出波导X1、锥形输出波导X2正上方，锥形输出波导Y3、锥形输出波导Y4分别锥形输入波导X3、锥形输入波导X4正上方；所述顶层电极层(6)中电极分布于2
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2多模干涉耦合器Ⅰ(1)、2
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2多模干涉耦合器Ⅱ(3)的多模波导区Ⅰ(15)、多模波导区Ⅱ(35)上方以及Si3N4光栅Ⅰ(2)上方；所述2
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2多模干涉耦合器Ⅰ(1)、2
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2多模干涉耦合器Ⅱ(3)分别位于中层波导芯层(5)首尾下方关于中层波导芯层(5)的中心呈对称分布。2.根据权利要求1所述的基于Si3N4光栅的OADM器件，其特征在于：所述2
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2多模干涉耦合器Ⅰ(1)包括单模输入波导Ⅰ(11)、单模输入波导Ⅱ(12)、多模波导区Ⅰ(15)、单模输出波导Ⅰ(13)、单模输出波导Ⅱ(14)；单模输入波导Ⅰ(11)、单模输入波导Ⅱ(12)均与多模波导区Ⅰ(15)相连，多模波导区Ⅰ(15)分别与单模输出波导Ⅰ(13)、单模输出波导Ⅱ(14)相连，单模输出波导Ⅰ(13)、单模输出波导Ⅱ(14)分别连接锥形输出波导X1、锥形输出波导X2；所述2
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2多模干涉耦合器Ⅱ(3)包括单模输入波导Ⅲ(31)、单模输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：方青，董润宇，张志群，陈华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：