基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构，其中，第一直波导、第二直波导和第三直波导依次间隔平行设置，第二直波导的输出端与U型波导的输入端相连，U型波导的输出端与第三直波导的输入端相连；第一跑道型微环谐振器和圆环形微环谐振器间隔开地设置在第一直波导与第二直波导及U型波导之间；第二跑道型微环谐振器设置在U型波导中且位于第二直波导和第三直波导之间；第一跑道型微环谐振器的中心、圆环形微环谐振器的中心，第二直波导与U型波导间的连接处、第二跑道型微环谐振器的中心，第三直波导与U型波导间的连接处均位于同一直线上。本发明专利技术能够获得陡峭谐振峰的同时有效地增大FSR，且便于集成化和小型化。且便于集成化和小型化。且便于集成化和小型化。

【技术实现步骤摘要】
基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构


[0001]本专利技术属于光电子集成器件
，特别涉及一种基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构。

技术介绍

[0002]在信息技术高速发展的今天，传统的集成电路已不能达到人们对信息传递的速率和质量的要求。集成光学技术的出现，为某些研究领域提供了新的思路。集成光学需要尺寸小、密度高、性能好的光学器件。微环谐振器具有结构简单，可集成度高，成本低等特点，很好地满足了集成光学器件的需求，因此成为集成光学领域的一个研究热点。
[0003]近几年随着光学性能良好的材料和光波导制作工艺技术的发展，利用新型材料、先进工艺技术制成的功能多样的微环谐振器越来越多。因此经过不断的发展，目前微环谐振器具有结构紧凑、易于集成、抗电磁干扰等优点，且能被大规模集成在一个衬底上，实现片上系统。与此同时微环谐振器在光调制器、光开关、光学延迟线、传感器、光频梳以及滤波器等方面具有广泛的应用，是一种极具潜力的多功能集成光学器件。
[0004]微环谐振器最早是由Marcatili提出，它是一种以微纳光波导为基础的环状结构，能够对特定的波长进行谐振增强，且光传输方向可控。自由光谱范围(free spectral range,简称FSR)是指两个相邻的谐振波长(频率)之差，FSR是一个重要的优化参数。大的FSR能够防止信道间的串扰，并且在密集波分复用系统中，只有当滤波器的FSR大于系统总的波长范围时，才能确保各个波长的光信号被准确地分离到各自的信道中。但单微环谐振器的FSR过小，因此如何拓宽有限的FSR是一个重要的研究方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构，能够获得陡峭谐振峰的同时有效地增大FSR，且便于集成化和小型化。
[0006]根据本专利技术实施例的基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构，包括：
[0007]衬底层；
[0008]硅芯层，所述硅芯层层叠设置在所述衬底层的一侧表面上，包括第一直波导、第二直波导、第三直波导、U型波导、第一跑道型微环谐振器、圆环形微环谐振器和第二跑道型微环谐振器；其中，所述第一直波导、所述第二直波导和所述第三直波导依次间隔平行设置，所述第二直波导的输出端与所述U型波导的输入端相连，所述U型波导的输出端与所述第三直波导的输入端相连；所述第一跑道型微环谐振器和所述圆环形微环谐振器间隔开地设置在所述第一直波导与所述第二直波导及所述U型波导之间，所述第一跑道型微环谐振器的一侧直线段与所述第一直波导临近且平行，所述第一跑道型微环谐振器的另一侧直线段与所述圆环形微环谐振器临近，所述圆环形微环谐振器位于所述第一跑道型微环谐振器和所述第二直波导及所述U型波导之间；所述第二跑道型微环谐振器设置在所述U型波导中且位
于所述第二直波导和所述第三直波导之间，所述第二跑道型微环谐振器的一侧直线段与所述第二直波导临近且平行，所述第二跑道型微环谐振器的另一侧直线段与所述第三直波导临近且平行；所述第一跑道型微环谐振器的中心、所述圆环形微环谐振器的中心，所述第二直波导与所述U型波导间的连接处、所述第二跑道型微环谐振器的中心，所述第三直波导与所述U型波导间的连接处均位于同一直线上。
[0009]工作时，光信号由所述第一直波导输入，不满足谐振条件的光信号由所述第一直波导输出，满足谐振条件的光信号在所述第一直波导与所述第一跑道型微环谐振器之间的耦合区依次进入所述第一跑道型微环谐振器，然后在所述第一跑道型微环谐振器与所述圆环形微环谐振器之间的耦合区进入所述圆环形微环谐振器，进入所述圆环形微环谐振器的光信号作为所述第二直波导的输入光，基于所述第一跑道型微环谐振器的圆弧半径和所述圆环形微环谐振器的半径不同，根据游标效应可知，此时所述第二直波导的输入光的FSR是单个所述第一跑道型微环谐振器的FSR和单个所述圆环形微环谐振器的FSR的最小公倍数。进入所述第二直波导的输入光中，不满足谐振条件的光信号由所述第二直波导的输出端进入所述U型波导，经过所述U型波导产生一个相位变化进入所述第三直波导，与满足谐振条件经过所述第二跑道型微环谐振器的进入所述第三直波导的光信号进行干涉作用，相长干涉使得谐振波长处的光信号被抑制，表现在输出谱线中就是所述第三直波导的输出端的输出光谱FSR相对于所述第三跑道型微环谐振器的FSR增大了一倍。
[0010]本专利技术实施例的基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构，与常规二阶微环级联结构相比，能够获得陡峭谐振峰的同时有效地增大FSR，还可以利用成熟的微电子CMOS加工工艺制成，具有便于集成化、小型化以及适用范围广等优点。
[0011]在一些实施例中，所述第一跑道型微环谐振器和所述第二跑道型微环谐振器大小相同。
[0012]在一些实施例中，所述第一跑道型微环谐振器的圆弧半径和所述第二跑道型微环谐振器的圆弧半径均大于所述圆环形微环谐振器的半径。
[0013]在一些实施例中，所述第一跑道型微环谐振器的周长大于所述圆环形微环谐振器的周长。
[0014]在一些实施例中，所述U型波导的长度、所述第一跑道型微环谐振器的周长和所述第二跑道型微环谐振器的周长均相等。
[0015]在一些实施例中，所述第一跑道型微环谐振器与所述第一直波导之间的耦合间距、所述第二跑道型微环谐振器与所述第二直波导之间的耦合间距、和所述第二跑道型微环谐振器与所述第三直波导之间的耦合间距均相等；所述圆环形微环谐振器与所述第一跑道型微环谐振器之间的耦合间距和所述圆环形谐振器与所述第二直波导之间的耦合间距相等；所述圆环形微环谐振器与所述第一跑道型微环谐振器之间耦合间距小于所述第一跑道型微环谐振器与所述第一直波导之间的耦合间距。
[0016]在一些实施例中，所述第一直波导的层高、所述第二直波导的层高、所述第三直波导的层高、所述U型波导的层高、所述第一跑道型微环谐振器的层高、所述圆环形微环谐振器的层高和所述第二跑道型微环谐振器的层高均相等。
[0017]在一些实施例中，所述第一直波导的厚度、所述第二直波导的厚度、所述第三直波导的厚度、所述U型波导的厚度均相等。
[0018]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0019]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0020]图1是本专利技术实施例的基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构的俯视图；
[0021]图2是本专利技术实施例的基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构的一个侧视图；
[0022]图3是本专利技术实施例的基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构的一个仿真实验的实验效果图；
[0023]图4是常规二阶微环谐振器级联结构的俯视图；
[0024]图5是常规二阶微环谐振器级联结构的一个侧视图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构，其特征在于，包括：衬底层；硅芯层，所述硅芯层层叠设置在所述衬底层的一侧表面上，包括第一直波导、第二直波导、第三直波导、U型波导、第一跑道型微环谐振器、圆环形微环谐振器和第二跑道型微环谐振器；其中，所述第一直波导、所述第二直波导和所述第三直波导依次间隔平行设置，所述第二直波导的输出端与所述U型波导的输入端相连，所述U型波导的输出端与所述第三直波导的输入端相连；所述第一跑道型微环谐振器和所述圆环形微环谐振器间隔开地设置在所述第一直波导与所述第二直波导及所述U型波导之间，所述第一跑道型微环谐振器的一侧直线段与所述第一直波导临近且平行，所述第一跑道型微环谐振器的另一侧直线段与所述圆环形微环谐振器临近，所述圆环形微环谐振器位于所述第一跑道型微环谐振器和所述第二直波导及所述U型波导之间；所述第二跑道型微环谐振器设置在所述U型波导中且位于所述第二直波导和所述第三直波导之间，所述第二跑道型微环谐振器的一侧直线段与所述第二直波导临近且平行，所述第二跑道型微环谐振器的另一侧直线段与所述第三直波导临近且平行；所述第一跑道型微环谐振器的中心、所述圆环形微环谐振器的中心，所述第二直波导与所述U型波导间的连接处、所述第二跑道型微环谐振器的中心，所述第三直波导与所述U型波导间的连接处均位于同一直线上。2.根据权利要求1所述的基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐振器结构，其特征在于，所述第一跑道型微环谐振器和所述第二跑道型微环谐振器大小相同。3.根据权利要求2所述的基于三阶级联嵌套U型波导的微环谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚岩栋，刘明月，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：